[發明專利]帶余熱回收功能的自熱型重整制氫微反應器

有效

• 申請號: 201410823022.8
• 申請日: 2014-12-25
• 公開（公告）號: CN104555920A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 梅德慶;賀行;錢淼;馮艷冰
• 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

本發明涉及醇類重整制氫微反應器，尤其是涉及一種帶余熱回收功能的自熱型重整制氫微反應器。

技術背景

汽車工業的發展對于社會經濟發展具有重要意義，然而日益增多的汽車正快速消耗著石油資源，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年枯竭，到時侯汽車靠什么動力驅動將是人類面臨的一個重大難題，同時汽車排出的大量尾氣已造成嚴重的大氣污染。在能源短缺、環境污染以及國家建設和諧社會的大背景下，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，加速了我國對新能源汽車及其相關領域的研究與開發。

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未來發展方向。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一種有效辦法。

制氫反應器是實現醇類現場重整制氫的核心部件。近年來，世界各國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重整制氫反應器，然而傳統的制氫反應器往往體積龐大，效率較低，為解決上述問題，各國相關單位研究出具有高比表面積，高傳熱傳質效率等優點的微型制氫反應器。

中國發明專利(申請號201210448874.4)公開了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薄板作為反應載體，具有高表面積體積比，可實現較大的體積能量密度；通過層疊，提高了反應器催化劑的負載量，可有效地增加氫氣產率。

中國發明專利(申請號201310558909.4)公開了一種帶環形陣列的微凸臺結構的重整制氫反應器。該反應器采用環形陣列的微凸臺結構作為反應載體，從圓心流出，提高了反應流體在反應載體中的分布均勻性，增大了反應器的比表面積，有利于提高反應器的反應效率。

綜上，現有的微型醇類重整制氫反應器盡管在制氫效率方面有出色表現，但未對產物氣體的余熱做任何能量回收處理，仍存在著較大的能量浪費。事實上，醇類重整制氫反應器出口產物氣體的溫度約為250℃，遠高于燃料電池所需的氫氣進入溫度(約為90℃)。因此，有必要對出口氣體的余熱進行回收利用，提高整體能量利用率。

溫差發電系統是基于半導體溫差發電技術，通過半導體熱電器件的塞貝克效應將熱能轉化為電能的電源裝置，這種裝置具有體積小、能量密度大、壽命長、無機械運動部件、無噪聲等優點。因此，如能在醇類重整制氫微反應器中集成半導體溫差發電模塊，對出口氣體進行余熱回收，進一步提高反應器整體能量利用率，實現更進一步的節能環保。

發明內容

本發明的目的在于提供一種帶余熱回收功能的自熱型重整制氫微反應器，該反應器集成有溫差發電器，產物出口處設有氣體導熱腔，高溫的重整產物氣體與催化燃燒產物氣體進入導熱腔，將熱量傳導至溫差發電器的熱端，冷端暴露在空氣中，熱端與冷端形成較大溫差而產生電能，該電能集中儲存后可用于向微反應器中的控制系統或其它功能模塊供電。

本發明采用的技術方案是：

本發明從上至下依次包括絕熱腔蓋板、重整制氫微反應模塊和絕熱外殼，重整制氫微反應模塊安裝在絕熱外殼中。

所述重整制氫微反應模塊從上至下依次由上蓋板組件，蒸發單元，預熱單元，催化燃燒組件，重整反應制氫組件，溫差發電組件和下蓋板組件組成；其中：

1)上蓋板組件：包括兩根入口不銹鋼管和矩形結構的上蓋板，兩根入口不銹鋼管分別裝在沿上蓋板長度方向的上表面，兩根入口不銹鋼管的一端與上蓋板(的流體進口孔相連，兩根入口不銹鋼管的另一端分別穿過絕熱腔蓋板；

2)蒸發單元：是一塊內有平行四邊形凹槽的矩形蒸發板，平行四邊形凹槽、所述上蓋板下表面和預熱單元的預熱板上表面構成了蒸發單元的蒸發腔；蒸發板一側開有流道孔，該流道孔與上蓋板一側的流體進口孔同軸布置并相通；

3)預熱單元：是一塊矩形體結構的預熱板，預熱板內置有加熱棒和熱電偶，預熱板一側開有兩個流道孔，其中一個流道孔與矩形蒸發板的流道孔連通，另一個流道孔位于矩形蒸發板的平行四邊形凹槽內；