[发明专利]带余热回收功能的自热型重整制氢微反应器

说明书

技术领域

本发明涉及醇类重整制氢微反应器，尤其是涉及一种带余热回收功能的自热型重整制氢微反应器。

技术背景

汽车工业的发展对于社会经济发展具有重要意义，然而日益增多的汽车正快速消耗着石油资源，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年枯竭，到时侯汽车靠什么动力驱动将是人类面临的一个重大难题，同时汽车排出的大量尾气已造成严重的大气污染。在能源短缺、环境污染以及国家建设和谐社会的大背景下，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，加速了我国对新能源汽车及其相关领域的研究与开发。

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未来发展方向。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一种有效办法。

制氢反应器是实现醇类现场重整制氢的核心部件。近年来，世界各国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重整制氢反应器，然而传统的制氢反应器往往体积庞大，效率较低，为解决上述问题，各国相关单位研究出具有高比表面积，高传热传质效率等优点的微型制氢反应器。

中国发明专利(申请号201210448874.4)公开了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薄板作为反应载体，具有高表面积体积比，可实现较大的体积能量密度；通过层叠，提高了反应器催化剂的负载量，可有效地增加氢气产率。

中国发明专利(申请号201310558909.4)公开了一种带环形阵列的微凸台结构的重整制氢反应器。该反应器采用环形阵列的微凸台结构作为反应载体，从圆心流出，提高了反应流体在反应载体中的分布均匀性，增大了反应器的比表面积，有利于提高反应器的反应效率。

综上，现有的微型醇类重整制氢反应器尽管在制氢效率方面有出色表现，但未对产物气体的余热做任何能量回收处理，仍存在着较大的能量浪费。事实上，醇类重整制氢反应器出口产物气体的温度约为250℃，远高于燃料电池所需的氢气进入温度(约为90℃)。因此，有必要对出口气体的余热进行回收利用，提高整体能量利用率。

温差发电系统是基于半导体温差发电技术，通过半导体热电器件的塞贝克效应将热能转化为电能的电源装置，这种装置具有体积小、能量密度大、寿命长、无机械运动部件、无噪声等优点。因此，如能在醇类重整制氢微反应器中集成半导体温差发电模块，对出口气体进行余热回收，进一步提高反应器整体能量利用率，实现更进一步的节能环保。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带余热回收功能的自热型重整制氢微反应器，该反应器集成有温差发电器，产物出口处设有气体导热腔，高温的重整产物气体与催化燃烧产物气体进入导热腔，将热量传导至温差发电器的热端，冷端暴露在空气中，热端与冷端形成较大温差而产生电能，该电能集中储存后可用于向微反应器中的控制系统或其它功能模块供电。

本发明采用的技术方案是：

本发明从上至下依次包括绝热腔盖板、重整制氢微反应模块和绝热外壳，重整制氢微反应模块安装在绝热外壳中。

所述重整制氢微反应模块从上至下依次由上盖板组件，蒸发单元，预热单元，催化燃烧组件，重整反应制氢组件，温差发电组件和下盖板组件组成；其中：

1)上盖板组件：包括两根入口不锈钢管和矩形结构的上盖板，两根入口不锈钢管分别装在沿上盖板长度方向的上表面，两根入口不锈钢管的一端与上盖板(的流体进口孔相连，两根入口不锈钢管的另一端分别穿过绝热腔盖板；

2)蒸发单元：是一块内有平行四边形凹槽的矩形蒸发板，平行四边形凹槽、所述上盖板下表面和预热单元的预热板上表面构成了蒸发单元的蒸发腔；蒸发板一侧开有流道孔，该流道孔与上盖板一侧的流体进口孔同轴布置并相通；

3)预热单元：是一块矩形体结构的预热板，预热板内置有加热棒和热电偶，预热板一侧开有两个流道孔，其中一个流道孔与矩形蒸发板的流道孔连通，另一个流道孔位于矩形蒸发板的平行四边形凹槽内；