填充高温相变材料的自热型重整制氢反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种填充高温相变材料的自热型重整制氢反应器。该自热型重整制氢反应器从上至下依次由上表面设有甲醇水蒸气重整反应物进口管和甲醇催化燃烧反应物进口管的上盖板、石墨垫片、上蒸发板、石墨垫片、下蒸发板、石墨垫片、下表面填充有高温相变材料的甲醇重整制氢吸热板、密封板、石墨垫片、下表面填充有高温相变材料的甲醇催化燃烧板、石墨垫片和下表面设有燃烧尾气出口管和燃烧尾气出口管的下盖板层叠而成。本发明专利技术利用高温相变材料的相变潜热，有效提高自热反应器的热稳定性，减少反应器内部的温度梯度与反应器工作时的温度波动，抑制由反应器过热造成的催化剂活性下降与脱落，提高反应器的热效率与甲醇转换率。

Self thermal reforming hydrogen production reactor for filling high temperature phase change material

The present invention discloses a autothermal reforming hydrogen production reactor for filling high temperature phase change material. The self thermal reforming reactor from top to bottom from the surface of a methanol steam reforming reactant inlet tube and methanol catalytic combustion reactant inlet pipe on the cover plate, graphite gasket, evaporation plate, graphite gasket, evaporation plate, graphite gasket and bottom surface is filled with high temperature phase change material of methanol reforming hydrogen absorbing plate, a sealing plate, graphite gasket, the lower surface is filled with high temperature phase change material methanol catalytic combustion plate, graphite gasket and the lower surface is provided with a combustion gas outlet pipe and a combustion gas outlet pipe of the lower cover plate made of laminated. The invention utilizes the latent heat of the high-temperature phase change material, effectively improve the thermal stability of self thermal reactor, reduce the temperature fluctuation of the temperature gradient and the reactor work inside the reactor the catalyst inhibition caused by overheating of the reactor decreased and loss, improve the thermal efficiency and the conversion rate of methanol reactor.

【技术实现步骤摘要】
填充高温相变材料的自热型重整制氢反应器
本专利技术涉及醇类重整制氢微反应器，尤其是涉及一种填充高温相变材料的自热型重整制氢反应器。技术背景随着人类社会的发展，人类对能源的需求日益增加。化石燃料储量的日趋衰竭和环境污染的不断加剧，使人类需要迫切寻找一种清洁的可再生能源。氢能作为一种清洁能源受到广泛关注。然而氢气的低能量密度很低，储存困难。移动场合的储氢问题严重阻碍了质子交换膜燃料电池在移动场合如氢能汽车的应用。甲醇水蒸气现场重整制氢技术为移动氢能应用的供氢问题提供了有效的解决方案。中国专利技术专利(申请号201210411706.8)公开了一种自热型层叠式微通道重整制氢反应器，该反应器把部分氧化重整制氢反应、水蒸气重整制氢反应与催化燃烧反应耦合起来，可以使整个微反应器能够自热启动与运作，不需要外界提供热源。中国专利技术专利(申请号200910100100.0)公开了一种带微凸台阵列结构的自热型醇类重整制氢微通道反应器，反应载体上均带有微凸台阵列结构，增大了反应器的比体积，提高了醇类重整制氢反应的产率。然而，目前的相关专利缺少对自热型重整制氢反应器热稳定性的关注。自热型重整制氢反应器的正常工作依赖于甲醇水蒸气重整制氢吸热反应与甲醇催化燃烧放热反应的热耦合，自热反应器的温度是否稳定取决于吸热反应与放热反应的功率是否匹配。自热反应器工作时，反应物的进口流量常常存在波动，会导致甲醇催化燃烧放热反应与甲醇水蒸气重整制氢吸热反应的热功率不能完全匹配，加上目前自热型反应器所采用的多为金属材料，热容较小，吸热反应与放热反应的功率波动会导致自热反应器的温度快速上升或下降。过高的反应温度会导致催化剂烧结、活性下降、甚至脱落，导致反应器的制氢性能下降，甚至危及反应器的安全性；过低的反应温度会导致反应器的输出功率与甲醇转化率下降，造成原料的浪费。此外，目前自热反应器的反应腔常使用微通道阵列，流道数目多，流场复杂，往往会存在局部流速不均匀的情况。局部流速不均匀会导致流道内温度分布不均，产生局部热点。局部热点会造成该区域催化剂烧结，副反应加强，制氢性能下降。综上所述，为了保证自热型重整制氢反应器的制氢效率与安全性，有必要设计一种有效、低成本、易于实施的方案提高反应器的热稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种填充高温相变材料的自热型重整制氢反应器。该自热反应器在甲醇重整制氢吸热板与甲醇催化燃烧板的下表面设有高温相变材料填充腔，用于填充混合两种具有不同熔点的高温相变材料。高熔点高温相变材料在自热反应器过热时会发生相变液化，发生相变所吸收的相变潜热可以储存大量的热量，抑制反应器或反应器内部局部区域温度过高，在自热重整制氢反应器温度过低时，低熔点的高温相变材料发生相变固化，释放的相变潜热可以抑制自热反应器过冷，提高自热反应器的热稳定性。本专利技术采用的技术方案是：该反应器从上至下，依次由上表面设有甲醇水蒸气重整反应物进口管和甲醇催化燃烧反应物进口管的上盖板、第一石墨垫片、上蒸发板、第二石墨垫片、下蒸发板、第三石墨垫片、下表面填充有高温相变材料的甲醇重整制氢吸热板、密封板、第四石墨垫片、下表面填充有高温相变材料的甲醇催化燃烧板、第五石墨垫片和下表面设有重整气出口管和燃烧尾气出口管的下盖板连接而成。所述上蒸发板的上表面开有蛇形微通道的上蒸发腔，所述下蒸发板的上表面也开有与上蒸发板相同形状的蛇形微通道的下蒸发腔，上蒸发腔的入口与上盖板的甲醇水蒸气重整反应物进口管相通，上蒸发腔的出口开有上重整反应物通孔，它与下蒸发腔入口相通，下蒸发腔的出口开有下重整反应物通孔，它与甲醇重整制氢吸热板的入口引流腔相通，上蒸发板与下蒸发板均开有与甲醇催化燃烧反应物进口管同轴布置的上燃烧气通孔和下燃烧气通孔。所述甲醇重整制氢吸热板的上表面平行四边腔内，依次为入口引流腔、重整腔和出口引流腔，入口引流腔和出口引流腔为三角形，重整腔为微通道阵列结构，微通道阵列表面涂覆甲醇水蒸气重整催化剂，出口引流腔末端开有重整气出口通孔，与下盖板的重整气出口管同轴布置并相通，甲醇重整制氢吸热板下表面设有长方形的高温相变材料填充腔，高温相变材料填充腔中部为微通道阵列，甲醇重整制氢吸热板开有与甲醇催化燃烧板的入口引流腔相通的燃烧气通孔，高温相变材料填充于甲醇重整制氢吸热板下表面的高温相变材料填充腔。所述甲醇催化燃烧板上表面平行四边腔内，依次为入口引流腔、燃烧腔和出口引流腔，入口处引流腔与出口引流腔为三角形，该三角形排列与甲醇重整制氢吸热板上的入口引流腔和出口引流腔上的三角形排列方向相反，燃烧腔为微通道阵列结构，微通道阵列表面涂覆甲醇催化燃烧催化剂，出口引流腔末端处开有燃烧尾气出口，与下盖板的燃烧尾气出口管]出口同轴布置并相通，甲醇催化燃烧板下表面设有长方形的高温相变材料填充腔，高温相变材料填充腔中部为微通道阵列，甲醇催化燃烧板开有与重整气出口通孔同轴布置并相通的重整气通孔；高温相变材料填充于甲醇催化燃烧板下表面的高温相变材料填充腔内内，甲醇催化燃烧板的侧面开有一热电偶孔。所述上盖板、密封板和下盖板均为不锈钢；上蒸发板、下蒸发板、甲醇重整制氢吸热板和甲醇催化燃烧板均为铝合金。所述高温相变材料，是由两种具有不同熔点的高温相变材料混合而成。本专利技术具有的有益效果是：(1)本专利技术在甲醇重整制氢吸热板与甲醇催化燃烧板的下表面设有高温相变材料填充腔，用于填充两种具有不同熔点的高温相变材料。填充的高熔点高温相变材料在自热反应器过热时会发生相变液化，发生相变所吸收的相变潜热可以储存大量的热量，抑制反应器或反应器局部区域温度过高，在自热重整制氢反应器温度过低时，低熔点的高温相变材料会高温相变材料会发生相变固化，释放的相变潜热可以抑制自热反应器过冷，从而大大提高自热反应器的热稳定性。(2)本专利技术设计的自热反应器在温度过高时，高温相变材料发生相变，由固态转变为液态，以相变潜热的形式储存了部分热量，当反应器温度恢复正常时，高温相变材料又由液态转变为固态，释放相变潜热，用于甲醇水蒸气重整吸热反应。因此本专利技术可以提高自热重整制氢反应器的热效率。(5)本专利技术通过在微通道阵列反应腔的下表面设置对应的微通道阵列高温相变材料，可以提高自热重整制氢反应器内的局部热稳定性，防止反应器内部局部热点的出现，进而提高自热反应器的制氢性能，减少副反应产生的一氧化碳。(6)通过将上表面反应腔的微通道阵列与下表面相变材料填充腔的微通道阵列错开排布，利用高温相变材料与板件金属材料热导率的不同，可以优化反应腔区域的热阻分布，使反应腔区域获得更均匀的热阻分布，进而获得更均匀的温度分布，提高自热反应器的制氢速率。附图说明图1是本专利技术整体三维爆炸示意图。图2是本专利技术上盖板三维结构示意图。图3是本专利技术上蒸发板俯视图。图4是本专利技术下蒸发板俯视图。图5是本专利技术甲醇重整制氢吸热板俯视图。图6是本专利技术甲醇重整制氢吸热板仰视图。图7是本专利技术甲醇重整制氢吸热板剖面图。图8是本专利技术甲醇催化燃烧板俯视图。图9是本专利技术甲醇催化燃烧板仰视图。图10是本专利技术甲醇催化燃烧板剖面图。图11是本专利技术下盖板三维结构示意图。图12是本专利技术的整体气体流动路径示意图。图中：1、上盖板，2、上蒸发板，3、下蒸发板，4、甲醇重整制氢吸热板，5、高温相变材料，6、密封板，7、甲醇催化燃烧板，本文档来自技高网...

【技术保护点】
填充高温相变材料的自热型重整制氢反应器，其特征在于：该反应器从上至下，依次由上表面设有甲醇水蒸气重整反应物进口管（11）和甲醇催化燃烧反应物进口管（12）的上盖板（1）、第一石墨垫片、上蒸发板（2）、第二石墨垫片、下蒸发板（3）、第三石墨垫片、下表面填充有高温相变材料的甲醇重整制氢吸热板（4）、密封板（6）、第四石墨垫片、下表面填充有高温相变材料的甲醇催化燃烧板（7）、第五石墨垫片和下表面设有重整气出口管（31）和燃烧尾气出口管（32）的下盖板（8）连接而成。

【技术特征摘要】
1.填充高温相变材料的自热型重整制氢反应器，其特征在于：该反应器从上至下，依次由上表面设有甲醇水蒸气重整反应物进口管（11）和甲醇催化燃烧反应物进口管（12）的上盖板（1）、第一石墨垫片、上蒸发板（2）、第二石墨垫片、下蒸发板（3）、第三石墨垫片、下表面填充有高温相变材料的甲醇重整制氢吸热板（4）、密封板（6）、第四石墨垫片、下表面填充有高温相变材料的甲醇催化燃烧板（7）、第五石墨垫片和下表面设有重整气出口管（31）和燃烧尾气出口管（32）的下盖板（8）连接而成。2.根据权利要求1所述的填充高温相变材料的自热型重整制氢反应器，其特征在于：所述上蒸发板（2）的上表面开有蛇形微通道的上蒸发腔（14），所述下蒸发板（3）的上表面也开有与上蒸发板（2）相同形状的蛇形微通道的下蒸发腔（16），上蒸发腔（14）的入口与上盖板（1）的甲醇水蒸气重整反应物进口管（11）相通，上蒸发腔（14）的出口开有上重整反应物通孔（15），它与下蒸发腔（16）入口相通，下蒸发腔（16）的出口开有下重整反应物通孔（17），它与甲醇重整制氢吸热板（4）的入口引流腔（20）相通，上蒸发板（2）与下蒸发板（3）均开有与甲醇催化燃烧反应物进口管（12）同轴布置的上燃烧气通孔（13）和下燃烧气通孔（18）。3.根据权利要求1所述的填充高温相变材料的自热型重整制氢反应器，其特征在于：所述甲醇重整制氢吸热板（4）的上表面平行四边腔内，依次为入口引流腔（20）、重整腔（21）和出口引流腔（22），入口引流腔（20）和出口引流腔（22）为三角形，重整腔（21）为微通道阵列结构，微通道阵列表面涂覆甲醇水蒸气重整催化剂，出口引流腔（22）末端开有重整气出口通孔（23），与下盖板（8）的重整气出口管（31）同轴布置并相通，甲醇重整制...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅德庆，易邹东一，钱淼，冯艳冰，陈子辰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33