[發(fā)明專利]一種微型重整制氫反應(yīng)器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610073173.1
• 申請日: 2006-04-10
• 公開（公告）號: CN101054160A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王樹東;潘立衛(wèi);穆昕;袁中山;張純希
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號: C01B3/38
• 分類號: C01B3/38
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 周長興

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微型重整制氫反應(yīng)器，微型重整制氫反應(yīng)器可以廣泛用于強(qiáng)放熱和強(qiáng)吸熱的耦合反應(yīng)體系，特別適用于10-500W的燃料電池微型電源的氫源系統(tǒng)。

背景技術(shù)

氫能和燃料電池作為21世紀(jì)潔凈高效的能源利用新技術(shù)，已成為全球性研究熱點(diǎn)。國際上的前期工作主要是圍繞燃料電池汽車展開，由于其技術(shù)難度太大，成本太高以及基礎(chǔ)設(shè)施投入龐大，短時間內(nèi)無法進(jìn)入市場實(shí)際應(yīng)用。而如果用作分散型燃料電池電站或微型電源，技術(shù)難度和投入將大大縮小，在民用和軍用方面有著廣闊的應(yīng)用前景，是目前公認(rèn)的氫能和燃料電池研究熱度最高的領(lǐng)域之一。

由于質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)需要純氫作為燃料，但目前純氫的運(yùn)輸、儲存和加注技術(shù)及設(shè)施不能滿足分散型電站尤其是進(jìn)入家庭使用的要求，因此通過現(xiàn)有的化石燃料的儲運(yùn)加注設(shè)施，利用燃料重整制氫的方式與PEMFC聯(lián)合使用成為國際的通用方法。但是PEMFC燃料電池對重整氫氣的質(zhì)量要求高，有害雜質(zhì)(如CO)含量要求在ppm級，同時要求制氫系統(tǒng)小型化和具有高的比功率，這就成為燃料電池氫源技術(shù)中的技術(shù)難點(diǎn)。

目前，直接甲醇燃料電池(DMFC)是直接利用甲醇水溶液作為燃料，具有體積小、重量輕、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、燃料來源豐富、價格低廉、儲存攜帶方便、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，因而在手機(jī)、筆記本電腦、攝像機(jī)等小型民用電源和軍事上的單兵攜帶電源等方面具有極大競爭優(yōu)勢。但DMFC陽極未氧化完全的少量甲醇及電池工作過程中產(chǎn)生部分甲醛、甲酸等隨尾氣排放出來，產(chǎn)生環(huán)境污染；低溫下甲醇氧化的電位高，輸出電流密度較低；膜電極“三合一”組件長期置于醇水液體中，可靠性不斷降低，甚至?xí)斐赡っ撀?；同時燃料甲醇穿透(Cross?Over)現(xiàn)象，即甲醇穿透電解質(zhì)膜到達(dá)陰極致使輸出功率降低的現(xiàn)象近期難以解決。

鑒于最近開發(fā)的DMFC的Pt-Ru電極有較強(qiáng)的抗甲醇和CO能力，使用重整氣時可以省去CO變換和CO凈化系統(tǒng)，將DMFC和甲醇重整制氫技術(shù)優(yōu)勢結(jié)合起來，有可能開發(fā)出新一代高效便攜式微型燃料電池。目前，燃料電池氫源系統(tǒng)在微型化以及與DMFC系統(tǒng)一體化應(yīng)用方面的研究已有了一定的進(jìn)展。美國太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室(PNNL)與Battelle公司合作研制成一種可在戰(zhàn)場條件下使用的微型燃料電池系統(tǒng)，其中微型轉(zhuǎn)換器包含有蒸發(fā)器、換熱器、催化點(diǎn)火器、蒸汽發(fā)生器，可以用于軍隊(duì)使用的各種不同儀器和武器裝備中。美國摩托羅拉公司宣布暫時中止面向便攜式設(shè)備的直接甲醇型燃料電池的開發(fā)，轉(zhuǎn)而致力于開發(fā)甲醇重整型微型燃料電池(RHFC)，但其尚處于研究開發(fā)的高度保密階段。

本發(fā)明正是在此技術(shù)背景的基礎(chǔ)上完成的，微型氫源和DMFC的集成系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)分散型燃料電池電站或微型電源的跨越式發(fā)展，隨著小型家用電器(手機(jī)、筆記本電腦、攝像機(jī)、電動自行車及摩托車等)的普及，與之相配套且清潔高效的微型燃料電池電源系統(tǒng)(10-500W)必將大力發(fā)展，作為必不可少的微型氫源集成系統(tǒng)也必將大力發(fā)展，其市場前景十分廣闊。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種微型重整制氫反應(yīng)器，該微型重整制氫反應(yīng)器可以解決：一、常溫、無任何外供熱的情況下可啟動重整制氫反應(yīng)；二、提高整個制氫反應(yīng)器的緊湊度；三、減小吸熱過程和放熱過程的傳熱阻力，提高傳熱效率。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的微型重整制氫反應(yīng)器，主體部分為套筒式結(jié)構(gòu)，從外側(cè)到中間共有四個腔體組成，依序?yàn)槿紵矚鈸Q熱腔、重整尾氣換熱腔、燃燒腔和重整腔；

反應(yīng)器設(shè)有燃料入口，與燃燒腔相通，由該入口通入的燃料在燃燒腔內(nèi)燃燒，使整個微型重整制氫反應(yīng)器內(nèi)的溫度升高；燃燒產(chǎn)生的尾氣進(jìn)入燃燒尾氣換熱腔中；

反應(yīng)器設(shè)有重整原料液入口，與燃燒尾氣換熱腔的內(nèi)置腔體相通，該內(nèi)置腔體與重整尾氣換熱腔的內(nèi)置腔體相連；重整原料液在燃燒尾氣換熱腔內(nèi)置體中預(yù)熱后進(jìn)入了重整尾氣換熱腔內(nèi)置體；重整原料液在內(nèi)置體內(nèi)流動，燃燒尾氣和重整尾氣均通過內(nèi)置體的管壁進(jìn)行換熱，燃燒尾氣和重整尾氣與重整原料液呈逆流流動；

反應(yīng)器設(shè)有重整空氣入口，重整空氣與經(jīng)重整尾氣換熱腔汽化的氣體相混合，進(jìn)入重整腔進(jìn)行重整制氫反應(yīng)；

重整腔內(nèi)裝有重整催化劑；

燃燒腔內(nèi)裝有燃燒催化劑。

所述的反應(yīng)器，其中燃料為天然氣、醇類或汽油。

所述的反應(yīng)器，其中燃燒尾氣換熱腔的內(nèi)置腔體為盤管狀。

所述的反應(yīng)器，其中重整尾氣換熱腔的內(nèi)置腔體為盤管狀。