CN101075687A - 燃料电池系统及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种燃料重整系统和包括它的燃料电池系统，该燃料重整系统包括由含氢燃料产生主要包含氢的重整气体的重整器；及从重整气体中除去一氧化碳的CO清除器，其中入口的开孔面积与出口的开孔面积之比为1∶1.5～1∶3。因而，重整燃料的入口的开孔面积小于重整气体的出口的开孔面积，使得重整气体从重整器中平稳地排出而不在沟槽中停滞，从而提高重整器的重整效率。

Description

燃料电池系统及其操作方法
                    相关申请的交叉参考
本申请要求于2005年6月24日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请2005-55295的优先权，其公开全部引入本文作为参考。
                        技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统，更具体地，本发明涉及一种燃料重整或转化系统，其能够提高燃料电池系统的效率。
                        背景技术
已经研究并开发出燃料电池系统作为保证符合对功率要求增加的电源以及解决环境问题的替换物。一般地，燃料电池系统通过例如，H2和O2之间的电化学反应产生电能。通常，氢气从含氢的燃料中得到。含氢的燃料包括醇燃料如甲醇、乙醇等；烃燃料如甲烷、丙烷、丁烷等；及天然气燃料如液化天然气等。
基于燃料、催化剂、电解液等，燃料电池系统分为磷酸燃料电池(PAFC)，熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)，固体氧化物燃料电池(SOFC)，聚合物电解液膜燃料电池(PEMFC)，碱性燃料电池(AFC)等。然而，这些不同类型的燃料电池基本上按照相同的原理工作。而且，燃料电池系统可以用于各种领域，包括移动装置、运输工具、分散电源等。
PEMFC利用通过重整或转化含氢原子的燃料得到的氢发电。通常PEMFC系统具有良好的输出能力，在低温下工作，启动迅速，并且响应时间短。而且，PEMFC系统具有非常广泛的应用，可以用于移动装置如汽车；用于住宅或公共建筑物的分散电源；用于便携式电子器件的小电源等。一般PEMFC系统包括储存燃料的燃料容器，将燃料重整或转化成氢气的重整器或转化器，及利用氢气发电的燃料电池组。
                        发明内容
本发明一方面提供一种燃料电池系统，其包括：燃料转化反应器，该燃料转化反应器用于通过其中的反应物的一种或多种反应，将反应物转化成包含氢气的反应产物；该燃料转化反应器的至少一个入口，该至少一个入口用于接收提供给燃料转化反应器的反应物；及燃料转化反应器的至少一个出口，该至少一个出口用于从燃料转化反应器中排出反应产物。在该燃料电池系统中，所述至少一个出口的开孔尺寸大于至少一个入口的开孔尺寸。
在上述系统中，各入口均具有一定尺寸的单个开孔(single opening)，各出口均具有一定尺寸的单个开孔，其中所述至少一个出口的开孔总尺寸可以大于至少一个入口的开孔总尺寸。所述至少一个出口的开孔总尺寸是指至少一个出口的开孔尺寸之和。所述至少一个入口的开孔总尺寸是指至少一个入口的开孔尺寸之和。至少一个出口的开孔总尺寸与至少一个入口的开孔总尺寸之比可以为约1.5～3。各入口的开孔尺寸均是在垂直于反应物经过入口流入的总体方向的平面上测量的，且各出口的开孔尺寸均是在垂直于反应产物经过出口流出的总体方向的平面上测量的。排出速度可以比供给速度快约1.5～4倍。
还在上述系统中，燃料转化反应器可以包括沟槽，该沟槽提供反应的空间，并且还提供反应物和反应产物中的至少一种的通道。所述沟槽具有截面尺寸，该截面尺寸是在沟槽中给定点的截面尺寸最小的平面中截取的，其中所述沟槽具有至少一部分是所述截面尺寸沿着沟槽而变化。在所述至少一部分内的截面尺寸总体上可以沿沟槽至至少一个出口的方向逐渐增加。在所述至少一部分内的截面尺寸总体上可以沿沟槽至至少一个出口的方向以至少一个梯级增加。沟槽可以包括至少一部分，在该至少一部分中，沟槽会分枝为朝向至少一个出口的两条或多条分沟槽。至少部分的所述两条或多条分沟槽可以在朝向所述至少一个出口的下游汇合。可以使燃料转化反应器构建成其中可以形成有沟槽的板形。燃料电池系统还可以包括利用氢气发电的燃料电池组。燃料电池系统还可以包括CO清除器，该CO清除器与燃料转化反应器的出口相连，用于至少部分地除去从所述出口排出的反应产物中存在的CO。
本发明另一方面提供一种操作燃料电池系统的方法。该方法包括提供燃料电池系统，该燃料电池系统包括燃料转化反应器，所述燃料转化反应器包括至少一个入口和至少一个出口；通过该至少一个入口，以一定的供给速度(体积/时间)将包括燃料的反应物提供给燃料转化反应器；通过燃料转化反应器中反应物的一种或多种反应，将反应物转化成包含氢气的反应产物；及通过至少一个出口，以一定的排出速度(体积/时间)将反应产物从燃料转化反应器中排出。在该方法中，排出速度实质上大于供给速度。该方法还包括利用从燃料转化反应器中排出的氢发电。
在上述方法中，各入口均具有一定尺寸的单个开孔，各出口均具有一定尺寸的单个开孔。所述至少一个出口的开孔总尺寸可以大于至少一个入口的开孔总尺寸。至少一个出口的开孔总尺寸为至少一个出口的开孔尺寸之和。至少一个入口的开孔总尺寸为至少一个入口的开孔尺寸之和。至少一个出口的开孔总尺寸与至少一个入口的开孔总尺寸之比可以为约1.5～3。各入口的开孔尺寸均是在垂直于反应物经过入口流入的总体方向的平面上测量的，且各出口的开孔尺寸均是在垂直于反应产物经过出口流出的总体方向的平面上测量的。
在上述方法中，燃料转化反应器可以包括沟槽，该沟槽提供反应的空间，并且还提供反应物和反应产物的通道。沟槽具有截面尺寸，该截面尺寸是在沟槽中给定点的截面尺寸最小的平面中截取的，其中所述沟槽具有至少一部分是所述截面尺寸沿着沟槽而变化。在所述至少一部分内的截面尺寸总体上可以沿沟槽至至少一个出口的方向逐渐增加。在所述至少一部分内的截面尺寸总体上可以沿沟槽至至少一个出口的方向以至少一个梯级增加。沟槽可以包括至少一部分，在该至少一部分中，沟槽会分枝为朝向至少一个出口的两条或多条分沟槽。至少部分的所述两条或多条分沟槽可以在朝向所述至少一个出口的下游汇合。可以使燃料转化反应器构建成其中可以形成有沟槽的薄板。
还在上述方法中，供给反应物和排出反应产物实质上是可以连续进行的。反应物和反应产物在燃料转化反应器内都可以为气相。反应产物还可以包含至少部分反应物。燃料电池系统还会包括燃料电池，并且其中所述方法还可以包括利用氢气发电。反应产物还可以包含CO，其中所述燃料电池系统还包括CO清除器，以从反应产物中除去至少部分CO。排出速度可以比供给速度快约1.7～3.5倍。
本发明一方面提供燃料重整或转化系统以及包括它的燃料电池系统。在一个实施方案中，燃料重整系统包括：重整含氢的燃料并产生含氢气的重整气体的重整器或转化器。重整器包括沟槽，含氢的燃料流经该沟槽并且该沟槽的截面面积沿着沟槽从重整器的入口至出口逐渐或者阶梯式增加。而且，燃料重整系统可以包括CO清除器，以除去存在于从重整器排出的气体中的CO。并且，燃料重整系统还可以包括热源或加热器，以把热量提供给重整器和CO清除器。CO清除器可以包括通过水气变换反应减小一氧化碳浓度的变换反应单元，及通过选择性氧化CO除去CO的CO氧化单元。
本发明另一方面提供一种燃料电池系统，其包括：供应含氢的燃料的进料器；通过重整从进料器供应的含氢的燃料产生氢的重整器；及由氢气和氧化剂之间的电化学反应发电的发电机。所述重整器包括由含氢的燃料产生含氢气的重整气体的重整器，及从重整气体中除去一氧化碳的CO清除器。重整器包括沟槽，含氢的燃料流经该沟槽并且该沟槽的截面沿着沟槽从入口至出口逐渐或者阶梯式增加。
                        附图说明
通过结合附图对实施方案进行的下列描述，本发明的特点和优点将变得显而易见并且更容易理解。
图1为根据本发明实施方案的燃料电池系统的示意图。
图2为根据本发明实施方案的燃料转化或重整反应器的剖视图。
图3为根据本发明另一个实施方案的燃料转化反应器的剖视图。
图4为根据本发明另一个实施方案的燃料转化反应器的剖视图。
图5为根据本发明另一个实施方案的燃料转化反应器的剖视图。
                        具体实施方式
在下文中，术语“含氢的燃料”是指一种或多种其中含氢的化合物，包括醇燃料、烃燃料、天然气燃料等。例如，醇燃料包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等。例如，烃燃料包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、汽油燃料、柴油燃料、生物柴油燃料、玉米油、菜籽油等。含氢的燃料包括两种或多种所述含氢的燃料的混合物。
参考图1，燃料电池系统包括燃料进料器或容器110、燃料转化器或转化器120和燃料电池组130。燃料进料器110存储含氢的燃料并将燃料提供给燃料转化器120。燃料转化器120通过一种或多种化学反应将燃料转化成氢气(H2)和其它化合物。燃料电池组130接收来自燃料转化器120的氢气并通过一种或多种氢气和氧化剂之间的电化学反应发电。在一些实施方案中，提供给电池组130的氧化剂包括储存在独立的储存器中的氧气(O2)或包含氧气的空气。在所述实施方案中，氧化剂通过空气进料器140提供给电池组130。
在所述实施方案中，含氢的燃料由燃料进料器110提供给燃料转化器120，更具体地提供给燃料转化反应器122。燃料进料器110还将部分含氢的燃料提供给燃料转化器120的加热器126。燃料转化反应器122通过一种或多种化学反应将含氢的气体转化成氢气和其它物质。由该反应得到的气体从燃料转化反应器122中排出，并任意地提供给CO清除器124，该CO清除器124除去包含在所得到的气体中的一氧化碳。加热器126向燃料转化反应器122和CO清除器124提供热能，例如，通过燃烧从燃料进料器110供给的含氢的燃料。
参考图2的实施方案，燃料转化反应器122包括沟槽122a，含氢的燃料以及其它化合物流经该沟槽，所述化合物包括与含氢的燃料反应的化合物以及反应形成的化合物。在实施方案中，沟槽122a布置有形成在其上的一种或多种催化剂(未示出)，以促进含氢的燃料的转化反应，转化成氢气。
燃料转化反应器122可以利用许多不同的技术来重整含氢的燃料，从而转化含氢的燃料，所述技术包括蒸汽重整(SR)方法、自热重整(auto-thermalreforming，简称为ATR)方法和部分氧化(POX)方法，但不限于此。当然POX方法和ATR方法在初始启动和回应载荷变化的响应特性方面优异，SR方法在产生氢的效率方面优异。
在SR方法中，氢气从在没有催化剂或有催化剂存在的条件下、含氢的燃料和水蒸汽之间的吸热化学反应中得到。即使SR方法需要大量的能量来进行吸热反应，它也已经被最广泛地使用，因为燃料转化反应所得到的气体以较高浓度的氢气稳定地提供给燃料电池组130。
在燃料转化反应器122采用SR方法的实施方案中，提供给转化反应器122的含氢的燃料在有一种或多种催化剂存在的条件下与水(蒸汽)反应，产生氢气。在实施方案中，可以使用一种或多种金属如钌、铑、镍等作为转化反应等的催化剂。在一些实施方案中，所述金属可以由载体如二氧化锆、氧化铝、硅胶、活性氧化铝、二氧化钛、沸石、活性炭等担载。
得自转化反应的气体包含某些除了氢气之外的化学个体，其可以包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和一氧化碳(CO)。然后将所得到的气体提供给燃料电池组130，其中氢气参与一种或多种电化学反应发电。所得到的气体或反应产物的某些组分会影响用于燃料电池组的部分材料的催化活性。具体地，一氧化碳会毒化常用于电池组130电极的铂催化剂，并且恶化燃料电池系统的性能。因而，在所得到的气体进入燃料电池组130之前，就需要除去一氧化碳。
在一些实施方案中，如图1所示，为了除去一氧化碳，在转化反应器122和燃料电池组130之间布置CO清除器124。CO清除器124可以包括其中进行水气变换反应的水气变换单元(未示出)，及其中进行选择性氧化反应的选择性氧化单元(未示出)。本领域的技术人员将会理解用于从燃料转化反应器122中所得到的气体中除去CO的水气变换反应和选择性氧化。水气变换单元可以包括水气变换反应的催化剂(未示出)，选择性氧化单元可以包括用于氧化反应的催化剂(未示出)。将氧化剂如氧气或含氧气的空气提供给用于选择性氧化反应的选择性氧化单元。在一个实施方案中，氧化剂由空气进料器140提供给选择性氧化单元。
在所述实施方案中，燃料转化器120包括加热器126，向燃料转化反应和/或CO除去反应提供热量。加热器126通过燃烧燃料产生热能。在所述实施方案中，加热器126燃烧从燃料进料器110供应的含氢的燃料。空气进料器140还向加热器126供应氧化剂。将在加热器126中产生的热能提供给燃料转化反应器122和CO清除器124，从而加热燃料转化反应器122和CO清除器124。控制燃料转化反应器122和CO清除器124的加热，使得热持续供应直到各反应器加热到适当的温度从而在其中进行预定的反应，例如至少加热到反应器中的催化剂被活化的温度。
根据本发明实施方案，制备燃料转化反应器122使其具有板形，虽然不限于此。所述板形是指三维结构，其中在一个轴上的形状的长度实质上小于垂直于该一个方向的其它两个轴上的形状的长度。在图2～5中，例如，在垂直于图纸表面的轴上的板型反应器122、122’、122”、122长度实质上小于在表面的其它两个轴上的反应器长度。如图2所示，例如，板型燃料转化反应器122包括入口a、出口b和沟槽122a。
燃料转化反应器122经过入口a接收用于转化反应的含氢的燃料和其它化合物。根据所述实施方案，含氢的燃料经过燃料进料器110提供给入口a。并且，作为其它反应物的气态水(蒸汽)通过水收集罐150提供给入口a，所述水收集罐150利用燃料电池组130中的电化学反应产生的水。为了方便起见，将用于燃料转化反应的含氢的燃料和其它化合物统称为“燃料转化反应的反应物”。
燃料转化反应器122经过出口b排出得自燃料转化反应的氢气和其它化合物。根据所述实施方案，出口b将反应产物排出到任选的CO清除器124中。将要进一步详述，值得注意的是在所述实施方案中出口b的开孔尺寸大于入口a的开孔尺寸。从出口b排出的氢气和其它化合物统称为“燃料转化反应的反应产物”。
燃料转化反应器120的沟槽122a位于入口a和出口b之间并连接它们。沟槽122a构成燃料转化反应的反应空间。因而，经过入口a供应的反应物在沟槽122a中经历一种或多种燃料转化反应，同时流经沟槽，该反应的反应产物经过出口b排出。在实施方案中，燃料转化反应的反应物和反应产物会不断地流经沟槽122a，该沟槽提供连续的反应空间。在一些实施方案中，反应物的供应和反应产物的排出实质上可以为稳流状态。
图2图示了燃料转化反应器122的板形主体中形成的沟槽122a的示例性截面形状。在所述实施方案中，虽然不限于此，但是沟槽122a构成单通道，该单通道具有锐角转向，从而多次改变方向。虽然不限于此，但是部分沟槽122a平行延伸。在其它实施方案中，沟槽122a可以具有一条或多条通道。在其它实施方案中，沟槽122a可以是弯曲的或起伏的。在其它实施方案中，沟槽122a可以包括圆形转向而不是锐角转向，或者除了包括某些锐角转向之外，还包括圆形转向。
例如，在燃料转化的SR方法中，含氢的燃料例如甲醇经受下列反应产生氢气。
                CH3OH(g)+H2O(g)CO2+3H2
该反应是可逆的，每1摩尔甲醇(CH3OH)产生3摩尔的氢气(3H2)。在理想气体状态下，给定温度下的气体的摩尔数与气体的体积成正比，也与气体的温度成正比。虽然大多数真实气体不是理想的并且要进行某些调整，但是这些规则通常适用于大多数真实气体状态，包括上述反应。
因而，当温度保持大约相同时，随着反应继续进行或者随着反应混合物移向出口，气体的总体积增加。并且，如果在反应过程中温度增加，气体的总体积将会增加。如果沟槽122a的通道的尺寸始终为恒量或者不会相应于体积的增加而增加，那么体积的增加会提高沟槽122a内的压力。在上述反应中，如果沟槽122内的压力增加，反应进行地不会很好而产生氢气，或者会逆向进行，这会减少氢气的产量。
例如，下表1总结了利用如图1和图2所示的燃料转化反应器120进行的实验。在实验中，如上述化学反应方程式，使用约室温(300K)的甲醇作为含氢的燃料。在反应过程中，沟槽122a由从加热器126供应的热能加热，使得气体在高于室温的温度下穿过沟槽122a。表1表明，例如，其中穿过沟槽122a气体为820K和1058K的两个实验结果。
                        表1
材料   反应物的供给速度(cc/秒，在300K下)   反应产物的排出速度(cc/秒)
  在820K下   在1058K下
  MEOH   1399.72   1806.63   3301.10
  O2   0.00   0.00   0.00
  CO2   0.00   1303.02   1603.06
  H2O   1400.28   1807.87   3303.08
  H2   0.00   3939.37   4833.76
  N2   0.00   0.00   0.00
  累计   2800.00   8856.90   13041.00
参考表1，当反应物流入燃料转化反应器122的总供给速度为2800cc/秒时，反应产物从反应器122的总排出速度在820K为8856.90cc/秒，在1058K为13041.00cc/秒。这表明温度越高，所得到的气体会越多。然而，如果入口a和出口b具有约相同的尺寸，从燃料转化反应122中排出的所得到气体的流出会受到限制，因为沟槽122a中的气体体积增加会在沟槽122a中停滞。这会增加沟槽122a内的压力，压力增加会使燃料转化反应逆向进行并使燃料转化反应器122的效率恶化。
虽然在实施方案中未作说明，但是可以构建沟槽122a，使得在沟槽122a中给定点从垂直于流动方向的平面选取的通道截面一般为圆形。在沟槽122a转变方向的位置，截面形状可以不同于圆。在其它实施方案中，在沟槽122a中给定点从垂直于流动方向的平面选取的通道截面一般可以为椭圆、简单圆形(simply rounded)、正方形、矩形、梯形、多边形等。在一些实施方案中，通道的截面形状可以沿着沟槽122a变化。
然而，不管截面的形状如何，在本发明实施方案中，通道的截面尺寸沿着沟槽122a变化。在一些实施方案中，截面尺寸在整个沟槽122a的通道中从入口a到出口b一直变化。在其它实施方案中，截面尺寸仅在沟槽122a的一部分或多部分通道变化。在一些实施方案中，截面尺寸可以沿着沟槽122a在流向出口b的方向上增加。截面尺寸可以在整个通道或者沟槽122a的一部分或多部分中增加。在一些实施方案中，沟槽122可以具有一部分或多部分是它们截面尺寸可以沿着沟槽122a在流向出口b的方向上降低。在实施方案中，在截面尺寸变化的部分，尺寸可以逐渐变化或者阶梯式变化或者以任何其它方式变化。
根据本发明的实施方案，沟槽122a的截面从入口a至出口b逐渐或者阶梯式增加。
在实施方案中，如上所述，出口b的开孔面积的大小不同于入口a的开孔面积的大小。在一些实施方案中，出口b的开孔面积大于入口a的开孔面积。在一些实施方案中，则使入口a和出口b的开孔面积的大小适合于在出口b供给的全部反应物的排出速度实质上大于在入口a排出的全部反应产物的供给速度。
在某些实施方案中，出口b的开孔面积与入口a的开孔面积之比为约1.5～5，任选为约1.5～3。通过具有约1.5或更大的比例，即，出口开孔的尺寸比入口开孔至少要大约1.5倍，会促进反应产物的排出，这能降低沟槽122a内的压力增加的可能性。通过具有约5或更小的比例，可以防止不希望的未反应的反应物的排出，如果过分促进排出，则不希望的排出会发生。换言之，如果比例小于1.5，反应产物则会在沟槽122a中停滞。如果比例大于5，则会排出未反应的反应物。
再次参考图2，燃料转化反应器122的出口b的开孔大于入口a。而且，沟槽122a的通道截面在朝向出口b的流动方向上逐渐增加。
根据本发明另一个实施方案，如图3所示，燃料转化反应器122’包括入口a’、两个出口b’和沟槽122’。各出口b’的开孔面积大小与入口a’的大小相似，或者比入口a’大。沟槽122a’连接入口a’和出口b’。沟槽122a’分枝为两条连接出口b’的通道。并且，图3表明沟槽122a’的截面尺寸在其一些部分(分枝前)变化，而在其它部分(分枝后)不变。虽然图3仅图示了两个出口b’，但是出口b’的数量不限于两个。同样地，在其它实施方案中，燃料转化反应器可以包括一个以上的入口。
根据本发明另一个实施方案，如图4所示，燃料转化反应器122”包括入口a”和四个出口b”之间的沟槽122a”。在所述实施方案中，沟槽122a”分枝为两条通道或分沟槽，该两条通道或分沟槽均各自进一步分枝为两条连接四个出口b”的通道。在一些实施方案中，沟槽122a”可以分枝为两条或多条通道，其中的一条或多条还可以分枝为两条或多条串联的(in cascade)通道。
根据本发明另一个实施方案，如图5所示，燃料转化反应器122包括入口a和出口b之间的沟槽122a。沟槽122分为在其中间的多条分沟槽。然后，在下游，分沟槽汇合成一条与出口b”相连主沟槽。出口b的开孔尺寸大于入口a的开孔尺寸。
下面，将参考图1和2，描述包括燃料转化器的燃料电池系统的操作。首先，将含氢的燃料从燃料进料器110提供给加热器126并在加热器126中燃烧。将由加热器126产生的热传递到燃料转化反应器122和CO清除器124中。将燃料转化反应器122和CO清除器124加热到它们各自反应的温度。另一方面，将包含含氢的燃料的用于燃料转化反应的反应物提供给燃料转化反应器122。在SR方法的情况下，还将作为反应物的水提供给燃料转化反应器。
通过入口a，将反应物引入到沟槽122a中并经受燃料转化反应，同时穿过沟槽122a。然后，通过出口b，将包含氢气和其它化学个体的反应产物从燃料转化反应器122中排出。然后将排出的反应产物提供给CO清除器124。在本发明的实施方案中，沟槽122a、122a’、122a”或122a，入口a、a’、a”或a以及出口b、b’、b”或b的截面的各种结构和尺寸可以改善燃料转化反应器120的性能。
在所述实施方案中，沟槽122a、122a’、122a”或122a具有防止增大内压或者减小该内压的结构，使得燃料转化反应平稳进行，从而提高燃料转化的效率。
当将从燃料转化反应器120中排出的气体引入到CO清除器124中时，包含在气体中的一氧化碳主要通过水气变换单元除去。然后，保留在气体中的一氧化碳在选择氧化单元中被氧化，因而再次除去。因此，从CO清除器124中排出的气体含有非常少量的一氧化碳，例如，低于约10ppm。
提供给燃料电池组130的气体包括大量氢气和少量一氧化碳。氢气引入到燃料电池组130的阳极(未示出)，氧气通过空气进料器140提供给燃料电池组130的阴极(未示出)。在电化学氧化反应中，氢气分解为电子和质子(H+)。随着质子迁移穿过电池组130中介于阳极和阴极之间的膜(未示出)，电子流动，由此产生电。质子与氧气反应产生水，水收集在收集罐150中，然后再循环。
虽然已经说明和描述了本发明的几个实施方案，但是本领域的技术人员会理解在该实施方案中可以进行改变，而不脱离本发明的原理和构思，本发明的范围在权利要求书和它们的等价物中限定。

Claims (33)

1.一种燃料电池系统，包括：
燃料转化反应器，该燃料转化反应器用于通过其中反应物的一种或多种反应将反应物转化成包含氢气的反应产物；
燃料转化反应器的至少一个入口，该至少一个入口用于接收提供给燃料转化反应器的反应物；及
燃料转化反应器的至少一个出口，该至少一个出口用于从燃料转化反应器中排出反应产物，
其中所述至少一个出口的开孔尺寸大于至少一个入口的开孔尺寸。
2.根据权利要求1的系统，其中所述燃料电池系统还包括利用所述氢气发电的燃料电池组。
3.根据权利要求1的系统，其中各入口均具有一定尺寸的单个开孔，各出口均具有一定尺寸的单个开孔，其中所述至少一个出口的开孔总尺寸大于至少一个入口的开孔总尺寸。
4.根据权利要求3的系统，其中所述至少一个出口的开孔总尺寸为至少一个出口的开孔尺寸之和，所述至少一个入口的开孔总尺寸为至少一个入口的开孔尺寸之和。
5.根据权利要求3的系统，其中所述至少一个出口的开孔总尺寸与至少一个入口的开孔总尺寸之比为约1.5～3。
6.根据权利要求3的系统，其中各入口的开孔尺寸均是在垂直于反应物经过入口流入的总体方向的平面上测量的，各出口的开孔尺寸均是在垂直于反应产物经过出口流出的总体方向的平面上测量的。
7.根据权利要求1的系统，其中如果所述反应物经过至少一个入口以一定的供给速度提供给燃料转化反应器，且反应产物经过至少一个出口以一定的排出速度从燃料转化反应器中排出，则使至少一个出口和至少一个入口的尺寸适合于排出速度大于供给速度。
8.根据权利要求1的系统，其中所述燃料转化反应器包括沟槽，该沟槽提供反应的空间，并且还提供反应物和反应产物的通道。
9.根据权利要求8的系统，其中所述沟槽具有截面尺寸，该截面尺寸是在沟槽中给定点的截面尺寸最小的平面中截取的，其中所述沟槽具有至少一部分是所述截面尺寸沿着沟槽而变化。
10.根据权利要求9的系统，其中所述至少一部分内的截面尺寸总体上沿沟槽至至少一个出口的方向逐渐增加。
11.根据权利要求9的系统，其中所述至少一部分内的截面尺寸总体上沿沟槽至至少一个出口的方向以至少一个梯级增加。
12.根据权利要求8的系统，其中所述沟槽包括至少一部分，在该至少一部分中，沟槽分枝为朝向至少一个出口的两条或多条分沟槽。
13.根据权利要求13的系统，其中至少部分的所述两条或多条分沟槽在朝向所述至少一个出口的下游汇合。
14.根据权利要求8的系统，其中所述燃料转化反应器构建成其中形成有沟槽的板形。
15.根据权利要求1的系统，其中该燃料电池系统还包括CO清除器，该CO清除器与燃料转化反应器的出口相连，用于至少部分地除去从所述出口排出的反应产物中存在的CO。
16.一种操作燃料电池系统的方法，包括：
提供燃料电池系统，其包括燃料转化反应器，该燃料转化反应器包括至少一个入口和至少一个出口；
通过至少一个入口，以一定的供给速度(体积/时间)将包括燃料的反应物提供给燃料转化反应器；
通过燃料转化反应器中反应物的一种或多种反应，将反应物转化成包含氢气的反应产物；及
通过至少一个出口，以一定的排出速度(体积/时间)将反应产物从燃料转化反应器中排出，
其中所述排出速度实质上大于供给速度。
17.根据权利要求16的方法，还包括利用反应产物中所包含的氢气发电。
18.根据权利要求16的方法，其中各入口均具有一定尺寸的单个开孔，各出口均具有一定尺寸的单个开孔，其中所述至少一个出口的开孔总尺寸大于所述至少一个入口的开孔总尺寸。
19.根据权利要求18的方法，其中所述至少一个出口的开孔总尺寸为至少一个出口的开孔尺寸之和，所述至少一个入口的开孔总尺寸为至少一个入口的开孔尺寸之和。
20.根据权利要求18的方法，其中所述至少一个出口的开孔总尺寸与所述至少一个入口的开孔总尺寸之比为约1.5～3。
21.根据权利要求18的方法，其中各入口的开孔尺寸均是在垂直于反应物经过入口流入的总体方向的平面测量的，且各出口的开孔尺寸均是在垂直于反应产物经过出口流出的总体方向的平面测量的。
22.根据权利要求16的方法，其中所述燃料转化反应器包括沟槽，该沟槽提供反应的空间，并且还提供反应物和反应产物的通道。
23.根据权利要求22的方法，其中所述沟槽具有截面尺寸，该截面尺寸是在沟槽中给定点的截面尺寸最小的平面中截取的，其中所述沟槽具有至少一部分是所述截面尺寸沿着沟槽而变化。
24.根据权利要求23的方法，其中所述至少一部分内的截面尺寸总体上沿沟槽至至少一个出口的方向逐渐增加。
25.根据权利要求23的方法，其中所述至少一部分内的截面尺寸总体上沿沟槽至至少一个出口的方向以至少一个梯级增加。
26.根据权利要求22的方法，其中所述沟槽包括至少一部分，在该至少一部分中，沟槽分枝为朝向至少一个出口的两条或多条分沟槽。
27.根据权利要求26的方法，其中至少部分的所述两条或多条分沟槽在朝向至少一个出口的下游汇合。
28.根据权利要求22的方法，其中所述燃料转化反应器构建成其中形成有沟槽的薄板。
29.根据权利要求16的方法，其中所述供给反应物和排出反应产物实质上是连续进行的。
30.根据权利要求16的方法，其中所述反应物和反应产物在燃料转化反应器内都为气相。
31.根据权利要求16的方法，其中所述反应产物还包含至少部分的反应物。
32.根据权利要求16的方法，其中所述燃料电池系统还包括燃料电池，而且该方法还包括利用氢气进行发电。
33.根据权利要求16的方法，其中所述反应产物还包含CO，所述燃料电池系统还包括CO清除器，以从反应产物中除去至少部分的CO。
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