一种层叠式微凸台阵列型重整制氢微反应器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种层叠式微凸台阵列型重整制氢微反应器。反应器由上盖板、蒸发单元、第一加热板、3~5个重整反应制氢单元、第二加热板、下盖板层叠而成。其中，重整制氢单元包括底板、中间辅助平板、引流板和反应载体。反应载体上负载的催化剂，用于重整制氢反应。反应器重整所需的能量由安装有加热棒的加热板提供。制氢时，重整燃料（如甲醇和水）通过上盖板的流道孔进入蒸发腔，吸热升温至过热气体后流入重整制氢单元进行重整制氢反应制得氢气。本实用新型专利技术比表面积大，催化剂装填、更换方便，整体结构装配容易，规模扩大简单，制造成本低、效率高，可用于中、小流量醇类重整制氢场合。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种醇类重整制氢微反应器，尤其是一种层叠式微凸台阵列型重整制氢微反应器。
技术介绍
随着社会经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，汽车已逐步融入人们的生活当中。然而，日益增多的汽车在改善人们生活的同时，也消耗着大量的石油等化石燃料，造成了严重的环境污染。据世界能源组织统计按目前需求速率增长，世界所有已探明的石油蕴藏量将在2054年左右枯竭，到时汽车靠什么动力驱动将是人类面临的一个重大难题。因此，为了保证汽车工业、人类生态环境的可持续发展，非化石燃料驱动的新能源汽车的研发与推广势不可挡。我国“九五”、“十五”、“十一五”科学技术发展规划都将新能源汽车的发展作为重要的科技攻关项目，这加速了我国对新能源汽车及其相关领域的研究与开发。新能源汽车主要包括三类纯电动汽车、混合动力汽车及燃料电池汽车。纯电动汽车电池能量效率较低，蓄电池还有充放电循环寿命、一次充放运行距离等技术限制尚未突破，同时，电池寿命终止时将造成环境污染，这些都限制了纯电动汽车的普及；混合动力汽车仍需依赖化石燃料，同时还受到卡诺循环的限制，只能作为传统内燃机汽车与电动汽车的过渡产品；燃料电池汽车由于其具有低排放、高效与高性能而受到了研究者的广泛关注。尤其是氢燃料电池动力汽车，其采用氢气作为燃料，基本实现了“零排放”(氢气燃烧产物为水)，成为新能源汽车理想的发展方向。然而，为了实现氢燃料电池动力汽车的大量推广，必须解决汽车的供氢问题。采用醇类燃料现场重整产生氢气，为车用燃料电池提供氢能是解决上述问题的有效办法。实现醇类现场重整制氢的核心部件为反应器。近些年来，世界各国的不少相关单位开展了对重整制氢反应机理的研究并已制造出不同的重整制氢反应器，可用于军事、航空航天、交通等不同领域。`中国专利技术专利(申请号200510033759. O)公开了一种电启动叠板式自动热重整器。重整器集水蒸气重整反应和部分氧化重整反应于一体，部分氧化重整反应释放出的能量用于水蒸气重整反应，实现反应器自热运行。同时，通过电加热方式启动重整器，减少重整器的启动时间。该重整器结构紧凑，拆装方便。中国专利技术专利(申请号200610073173.1)公开了一种集成式微型重整制氢反应器。此反应器在集成燃烧与重整的同时，设置了燃烧尾气换热与重整尾气换热装置，实现了反应器对尾气的热回收利用，提高了整体热效率。这种反应器的催化燃烧反应和重整反应温度易于控制，运行稳定，适用于500W以下的燃料电池微型电源的氢源系统，具有较大的应用范围。该反应器采用管式结构，在扩大规模方面存在局限性。中国专利技术专利(申请号200820079472.0)公开了一种层叠式自热微制氢反应器。该反应器集成了吸热反应芯片和放热反应芯片，采用半定位销孔定位。该反应器结构简单、紧凑，结构形式易于扩大，便于安装。然而，在微通道芯片制造成本与效率方面存在局限性。中国专利技术专利(申请号200910100100. O)公开了一种微凸台阵列结构的自热型醇类重整制氢微通道反应器。该反应器包含催化重整制氢通道和燃烧通道，重整制氢所需的热量由燃烧通道提供，实现反应器的自热运行。通过采用微凸台阵列结构作为反应载体，进一步提高了反应器能量效率。然而，该反应器只设计了两层微通道反应器，尚未进行反应器的层叠设计。综上所述，现有的传统制氢反应器体积较为庞大，燃料设备中储存大量能量，具有很大危险性。而且，重整制氢反应受到传热传质效率的限制，无法获得最优反应器性能。而微型层叠式制氢反应器虽然具有比表面积大，传热传质效率高等优点，但在微通道反应载体制备与设计方面仍存在问题。因此，有必要设计一种高效，低成本的重整制氢微反应器。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种层叠式微凸台阵列型重整制氢微反应器，该反应器采用微凸台阵列结构金属板作为反应载体，较微通道反应载体板具有更高的表面积体积t匕，可获得较大的体积能量效率；通过层叠设计，提高了反应器催化剂的负载量，可有效地增加氢气产率。同时，反应载体采用适合大批量生产的效率高、成本低的半固态微触变成形技术加工，有效降低制造成本。与中国专利技术专利(申请号200910100100. O)相比，该反应器引入层叠结构，改进了流道出入口布置形式，反应器结构更加紧凑，传热传质效率更高，可用于中、小功率制氢场合。 本技术采用的技术方案是本技术从上至下依次包括上盖板组件，蒸发单元，第一加热板，重整反应制氢部件，第二加热板和下盖板组件；其中I)上盖板组件包括矩形结构的四周开有螺纹孔的上盖板和入口不锈钢管；入口不锈钢管与上盖板一侧的流体进口孔相连；2)下盖板组件包括矩形结构的四周开有螺纹孔的下盖板和出口不锈钢管；出口不锈钢管与下盖板的流体出口孔相连，出口不锈钢管与上盖板的入口不锈钢管相对应；3)蒸发单元包括两块结构相同的蒸发板，每块蒸发板为内开有平行四边形凹槽的矩形体，蒸发板的平行四边形凹槽、上盖板下表面、第一加热板上表面构成了蒸发单元的蒸发腔；4)重整反应制氢部件包括3 5个结构相同的重整反应制氢单元，呈上下层叠布置；每个重整反应制氢单元包括底板、中间辅助平板、引流板和反应载体；底板斜对角两侧开有作为工质流体流通的流道孔，中间辅助平板为中间有正方形凹槽的矩形板；正方形凹槽中安装有反应载体，引流板为中间开有与蒸发板一致的平行四边形凹槽的矩形板，弓丨流板的平行四边形凹槽、微凸台阵列结构和第一加热板下表面构成反应腔；工质流体通过底板一侧远离入口不锈钢管的流道孔流入重整反应制氢单元的反应腔，从另一侧靠近入口不锈钢管的流道孔流出重整反应制氢单元的反应腔；第一加热板与第二加热板结构相同，在两侧面对角线处均开有加热棒孔，在加热板侧面设有热电偶，第一加热板上表面一侧开有流道孔，流道孔轴线与加热棒孔轴线垂直，第一加热板的流道孔与上盖板的流体进口孔同轴布置并相通，第二加热板上表面加工有流道孔，第二加热板的流道孔与重整反应制氢单元的底板一侧的流道孔、下盖板一侧的流体出口孔同轴布置并相通；层叠式微凸台阵列型重整制氢微反应器由上盖板，两块蒸发板，第一加热板，3 5个重整反应制氢单元，第二加热板，下盖板层叠而成。所述反应载体为上表面设有微凸台阵列结构的矩形板；反应载体上的圆柱状微凸台结构一致，平行排布，横纵方向上微凸台数量相同。所述上盖板、下盖板材料为不锈钢，反应载体材料为半固态A356铝合金，其余板的材料为普通铝合金。本技术具有的有益效果是I)该层叠式微凸台阵列型重整制氢微反应器采用带微凸台阵列结构反应载体，增大了微反应器的表面积体积比，改善了微反应器的传热传质性能，从而提高了微反应器的能量效率。2)该微反应器结构紧凑、小巧，通过优化微反应器结构尺寸，可用于小流量制氢场合。3)该层叠式微凸台阵列型重整制氢微反应器采用层叠形式，拆装与催化剂负载容易；同时，通过简单地增加重整反应制氢单元，就可提高微反应器的催化剂负载量，增加氢气产率。4)该微反应器的反应载体采用半固态微触变成形技术加工而成，制造效率高，力口工成本低，适合大批量生产。本技术 可作为中、小型氢源应用于移动式氢燃料电池等耗氢设备。附图说明图1是本技术整体结构示意图。图2是本技术上盖板组件的平面结构示意图。图3是本技术下盖板组件的平面结构示意图。图4是本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层叠式微凸台阵列型重整制氢微反应器，其特征在于：从上至下依次包括上盖板组件(1)，蒸发单元(2)，第一加热板(3)，重整反应制氢部件(4)，第二加热板(5)和下盖板组件(6)；其中：1)上盖板组件(1)：包括矩形结构的四周开有螺纹孔的上盖板(7)和入口不锈钢管(8)；入口不锈钢管(8)与上盖板(7)一侧的流体进口孔相连；2)下盖板组件(6)：包括矩形结构的四周开有螺纹孔的下盖板(9)和出口不锈钢管(10)；出口不锈钢管(10)与下盖板(9)的流体出口孔相连，出口不锈钢管(10)与上盖板(7)的入口不锈钢管(8)相对应；3)蒸发单元(2)：包括两块结构相同的蒸发板(16)，每块蒸发板为内开有平行四边形凹槽的矩形体，蒸发板的平行四边形凹槽、上盖板(7)下表面、第一加热板(3)上表面构成了蒸发单元(2)的蒸发腔；4)重整反应制氢部件(4)：包括3～5个结构相同的重整反应制氢单元(11)，呈上下层叠布置；每个重整反应制氢单元(11)包括底板(12)、中间辅助平板(13)、引流板(14)和反应载体(15)；底板(12)斜对角两侧开有作为工质流体流通的流道孔，中间辅助平板(13)为中间有正方形凹槽的矩形板；正方形凹槽中安装有反应载体(15)，引流板(14)为中间开有与蒸发板(16)一致的平行四边形凹槽的矩形板，引流板(14)的平行四边形凹槽、微凸台阵列结构和第一加热板(3)下表面构成反应腔；工质流体通过底板(12)一侧远离入口不锈钢管(8)的流道孔流入重整反应制氢单元(11)的反应腔，从另一侧靠近入口不锈钢管(8)的流道孔流出重整反应制氢单元(11)的反应腔；第一加热板(3)与第二加热板(5)结构相同，在两侧面对角线处均开有加热棒孔，在加热板侧面设有热电偶，第一加热板(3)上表面一侧开有流道孔，流道孔轴线与加热棒孔轴线垂直，第一加热板(3)的流道孔与上盖板(7)的流体进口孔同轴布置并相通，第二加热板(5)上表面加工有流道孔，第二加热板(5)的流道孔与重整反应制氢单元(11)的底板(12)一侧的流道孔、下盖板(9)一侧的流体出口孔同轴布置并相通；层叠式微凸台阵列型重整制氢微反应器由上盖板(7)，两块蒸发板(16)，第一加热板(3)，3～5个重整反应制氢单元(11)，第二加热板(5)，下盖板(9)层叠而成。...

【技术特征摘要】
1.一种层叠式微凸台阵列型重整制氢微反应器，其特征在于从上至下依次包括上盖板组件(I)，蒸发单元(2)，第一加热板(3)，重整反应制氢部件(4)，第二加热板(5)和下盖板组件(6);其中: 1)上盖板组件(I):包括矩形结构的四周开有螺纹孔的上盖板(7)和入口不锈钢管(8);入口不锈钢管(8)与上盖板(7) —侧的流体进口孔相连； 2)下盖板组件(6):包括矩形结构的四周开有螺纹孔的下盖板(9)和出口不锈钢管(10);出口不锈钢管(10)与下盖板(9)的流体出口孔相连，出口不锈钢管(10)与上盖板(7)的入口不锈钢管(8)相对应； 3)蒸发单元(2):包括两块结构相同的蒸发板(16)，每块蒸发板为内开有平行四边形凹槽的矩形体，蒸发板的平行四边形凹槽、上盖板(7)下表面、第一加热板(3)上表面构成了蒸发单元(2)的蒸发腔； 4)重整反应制氢部件(4):包括3 5个结构相同的重整反应制氢单元(11)，呈上下层叠布置；每个重整反应制氢单元(11)包括底板(12)、中间辅助平板(13)、引流板(14)和反应载体(15);底板(12)斜对角两侧开有作为工质流体流通的流道孔，中间辅助平板(13)为中间有正方形凹槽的矩形板；正方形凹槽中安装有反应载体(15)，引流板(14)为中间开有与蒸发板(16) —致的平行四边形凹槽的矩形板，引流板(14)的平行四边形凹槽、微...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱淼，梅德庆，姚喆赫，娄心洋，陈子辰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：实用新型
国别省市：