[發明專利]層疊式微凸臺陣列型重整制氫微反應器

有效

• 申請號: 201210448874.4
• 申請日: 2012-11-12
• 公開（公告）號: CN102923656A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 梅德慶;錢淼;姚喆赫;婁心洋;陳子辰
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C01B3/32
• 分類號: C01B3/32
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及一種醇類重整制氫微反應器，尤其是一種層疊式微凸臺陣列型重整制氫微反應器。

技術背景

隨著社會經濟的快速發展和人們生活水平的不斷提高，汽車已逐步融入人們的生活當中。然而，日益增多的汽車在改善人們生活的同時，也消耗著大量的石油等化石燃料，造成了嚴重的環境污染。據世界能源組織統計：按目前需求速率增長，世界所有已探明的石油蘊藏量將在2054年左右枯竭，到時汽車靠什么動力驅動將是人類面臨的一個重大難題。因此，為了保證汽車工業、人類生態環境的可持續發展，非化石燃料驅動的新能源汽車的研發與推廣勢不可擋。我國“九五”、“十五”、“十一五”科學技術發展規劃都將新能源汽車的發展作為重要的科技攻關項目，這加速了我國對新能源汽車及其相關領域的研究與開發。

新能源汽車主要包括三類：純電動汽車、混合動力汽車及燃料電池汽車。純電動汽車電池能量效率較低，蓄電池還有充放電循環壽命、一次充放運行距離等技術限制尚未突破，同時，電池壽命終止時將造成環境污染，這些都限制了純電動汽車的普及；混合動力汽車仍需依賴化石燃料，同時還受到卡諾循環的限制，只能作為傳統內燃機汽車與電動汽車的過渡產品；燃料電池汽車由于其具有低排放、高效與高性能而受到了研究者的廣泛關注。尤其是氫燃料電池動力汽車，其采用氫氣作為燃料，基本實現了“零排放”（氫氣燃燒產物為水），成為新能源汽車理想的發展方向。然而，為了實現氫燃料電池動力汽車的大量推廣，必須解決汽車的供氫問題。采用醇類燃料現場重整產生氫氣，為車用燃料電池提供氫能是解決上述問題的有效辦法。

實現醇類現場重整制氫的核心部件為反應器。近些年來，世界各國的不少相關單位開展了對重整制氫反應機理的研究并已制造出不同的重整制氫反應器，可用于軍事、航空航天、交通等不同領域。

中國發明專利（申請號?200510033759.0）公開了一種電啟動疊板式自動熱重整器。重整器集水蒸氣重整反應和部分氧化重整反應于一體，部分氧化重整反應釋放出的能量用于水蒸氣重整反應，實現反應器自熱運行。同時，通過電加熱方式啟動重整器，減少重整器的啟動時間。該重整器結構緊湊，拆裝方便。

中國發明專利（申請號?200610073173.1）公開了一種集成式微型重整制氫反應器。此反應器在集成燃燒與重整的同時，設置了燃燒尾氣換熱與重整尾氣換熱裝置，實現了反應器對尾氣的熱回收利用，提高了整體熱效率。這種反應器的催化燃燒反應和重整反應溫度易于控制，運行穩定，適用于500W以下的燃料電池微型電源的氫源系統，具有較大的應用范圍。該反應器采用管式結構，在擴大規模方面存在局限性。

中國發明專利（申請號?200820079472.0）公開了一種層疊式自熱微制氫反應器。該反應器集成了吸熱反應芯片和放熱反應芯片，采用半定位銷孔定位。該反應器結構簡單、緊湊，結構形式易于擴大，便于安裝。然而，在微通道芯片制造成本與效率方面存在局限性。

中國發明專利（申請號?200910100100.0）公開了一種微凸臺陣列結構的自熱型醇類重整制氫微通道反應器。該反應器包含催化重整制氫通道和燃燒通道，重整制氫所需的熱量由燃燒通道提供，實現反應器的自熱運行。通過采用微凸臺陣列結構作為反應載體，進一步提高了反應器能量效率。然而，該反應器只設計了兩層微通道反應器，尚未進行反應器的層疊設計。

綜上所述，現有的傳統制氫反應器體積較為龐大，燃料設備中儲存大量能量，具有很大危險性。而且，重整制氫反應受到傳熱傳質效率的限制，無法獲得最優反應器性能。而微型層疊式制氫反應器雖然具有比表面積大，傳熱傳質效率高等優點，但在微通道反應載體制備與設計方面仍存在問題。因此，有必要設計一種高效，低成本的重整制氫微反應器。

發明內容

本發明的目的在于提供一種層疊式微凸臺陣列型重整制氫微反應器，該反應器采用微凸臺陣列結構金屬板作為反應載體，較微通道反應載體板具有更高的表面積體積比，可獲得較大的體積能量效率；通過層疊設計，提高了反應器催化劑的負載量，可有效地增加氫氣產率。同時，反應載體采用適合大批量生產的效率高、成本低的半固態微觸變成形技術加工，有效降低制造成本。與中國發明專利（申請號：200910100100.0）相比，該反應器引入層疊結構，改進了流道出入口布置形式，反應器結構更加緊湊，傳熱傳質效率更高，可用于中、小功率制氫場合。

本發明采用的技術方案是：

本發明從上至下依次包括上蓋板組件，蒸發單元，第一加熱板，重整反應制氫部件，第二加熱板和下蓋板組件；其中：