带余热回收功能的自热型重整制氢微反应器的制造方法
【技术领域】
[0001]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
[0002]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宄与开发。
[0003]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宄者的广泛关注。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。
[0004]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宄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，各国相关单位研宄出具有高比表面积，高传热传质效率等优点的微型制氢反应器。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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°C，远高于燃料电池所需的氢气进入温度(约为90°C )。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。
[0008]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】
[0009]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。
[0010]本发明采用的技术方案是:
[0011]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。
[0012]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:
[0013]I)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；
[0014]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；
[0015]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；
[0016]4)催化燃烧组件:是一块内有平行四边形凹槽的矩形催化燃烧板，凹槽内有微凸台阵列结构，矩形催化燃烧板内的平行四边形凹槽与矩形蒸发板的平行四边形凹槽朝向相反，矩形催化燃烧板一侧开有一个流道孔，该流道孔与预热板上位于蒸发板平行四边形凹槽内的流道孔连通；矩形催化燃烧板的平行四边形凹槽内另一侧开有另一流道孔；
[0017]5)重整反应制氢组件:是一块内有平行四边形凹槽的矩形重整制氢反应载体板，平行四边形凹槽内有微凸台阵列结构的反应载体，矩形重整制氢反应载体板的平行四边形凹槽与矩形催化燃烧板的平行四边形凹槽的朝向相反；重整制氢反应载体板一侧开有两个流道孔，其中一个流道孔与矩形催化燃烧板平行四边形凹槽内的流道孔相通，另一个流道孔位于重整制氢反应载体板的平行四边形凹槽内；
[0018]6)温差发电器组件:包括矩形导热板和块状温差发电器；重整制氢反应载体板的下表面、导热矩形块和块状温差发电器的上表面构成导热腔；矩形导热板的长度方向的中间布置有一隔板，此隔板将腔体划分为两个部分，每个部分中交叉布置有肋板；温差发电器的热端一侧开有两个流道孔，与下盖板一侧所开的流道孔同轴布置并相通；
[0019]7)下盖板组件:包括矩形的下盖板和两根出口不锈钢管；两根出口管分别与下盖板的流道孔相通；下盖板开有矩形槽，整体装配时下盖板与块状温差电器的热端接触，温差发电器的冷端暴露在空气中。
[0020]所述的块状温差发电器的热端与重整制氢反应载体板下表面和导热矩形块构成导热腔。所述的重整制氢微反应模块和绝热外壳之间添加石棉。
[0021]本发明具有的有益效果是:
[0022]本发明集成了热能回收装置，结合温差发电技术，有效地回收利用重整产物气体与催化燃烧气体的余热，且可将能量转化为电能用于反应器中其他控制元件的供能，提高整体能量利用率，实现进一步的节能环保。与传统微型醇类重整反应器相比，该反应器集成有反应器出口产物气体的余热回收发电装置，有效回收制氢产物中的余热，提高整体能量利用率，在保证制氢效率的同时又能实现节能环保。
【附图说明】
[0023]图1是本发明整体的平面结构主视图。
[0024]图2是本发明整体的剖切结构主视图。
[0025]图3是本发明三维结构爆炸图。
[0026]图4是本发明重整制氢微反应模块部分主视图。
[0027]图5是本发明上盖板组件结构主视图。
[0028]图6是本发明下盖板组件结构主视图。
[0029]图7是本发明蒸发单元所用的矩形体结构薄板立体图。
[0030]图8是本发明预热板的结构立体图。
[0031]图9是本发明催化燃烧板的结构立体图。
[0032]图10是本发明重整制氢反应载体板的结构立体图。
[0033]图11是本发明温差发电部件中导热板的结构立体图。
[0034]图12是本发明温差发电组件中温差发电器的结构立体图。
[0035]图13是本发明下盖板的结构立体图。
[0036]图14是本发明的流体流动路径简图。
[0037]图中:1、绝热腔盖板，2、重整制氢微反应模块，3、绝热外壳，4、上盖板组件，5、蒸发单元，6、预热单元，7、催化燃烧组件，8、重整反应制氢组件，9、温差发电组件，10、下盖板组件，11、入口不锈钢管，12、上盖板，13、下盖板，14、出口不锈钢管，15、蒸发板，16、预热板，17、催化燃烧板，18、重整制氢反应载体板，19、导热板，20、块状温差发电器。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0039]如图1、图2、图3所示，本发明从上至下依次包括绝热腔盖板1、重整制氢微反应模块2和绝热外壳3，重整制氢微反应模块2安装在绝热外壳3中。
[0040]如图4所示，所述重整制氢微反应模块2从上至下依次由上盖板组件4，蒸发单元5，预热单元6，催化燃烧组件7，重整反应制氢组件8，温差发电组件9和下盖板组件10组成；其中:
[0041]如图5所示，上盖板组件4:包括两根入口不锈钢管和矩形结构的上盖板12，两根入口不锈钢管分别装在沿上盖板12长度方向的上表面，两根入口不锈钢管的一端与上盖板12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I ;两个流道分别用于重整制氢工作气体与催化燃烧反应气体的流通。
[0042]如图7所示，蒸发单元5:是一块内有平行四边形凹槽的矩形蒸发板15，平行四边形凹槽、所述上盖板12下表面和预热单元6的预热板16上表面构成了蒸发单元5的蒸发腔；蒸发板15 —侧开有流道孔，该流道孔与上盖板12 —侧的流体进口孔同轴布置并相通；该流道孔用于催化燃烧反应气体的流通。
[0043]如图8所示，预热单元6:是一块矩形体结构的预热板16，预热板16内置有加热棒和热电偶，预热板16 —侧开有两个流道孔，其中一个流道孔与矩形蒸发板15的流道孔连通，该孔用于催化燃烧气体的流通；另一个流道孔位于矩形蒸发板15的平行四边形凹槽内；用于重整制氢反应气体的流通。
[0044]如图9所示，催化燃烧组件7:是一块内有平行四边形凹槽的矩形催化燃烧板17，凹槽内有微凸台阵列结构，该微凸台上负载有催化剂可催化甲醇与空气的燃烧反应；矩形催化燃烧板17内的平行四边形凹槽与矩形蒸发板15的平行四边形凹槽朝向相反，矩形催化燃烧板17 —侧开有一个流道孔，该