本發(fā)明涉及到高溫質(zhì)子交換膜燃料電池及甲醇水蒸氣重整制氫領(lǐng)域，特別涉及到一種適用于高溫質(zhì)子交換膜燃料電池的波紋板式微通道甲醇蒸汽重整制氫反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

與低溫質(zhì)子交換膜燃料電池相比，高溫質(zhì)子交換膜燃料電池具有水熱管理簡(jiǎn)單、熱電聯(lián)供系統(tǒng)效率高、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)快、耐CO能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，受到越來(lái)越多人的關(guān)注，其工作溫度一般為160℃-180℃，能耐CO達(dá)3％，與外重整器連用時(shí)，可簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

蒸汽重整是目前使用最廣泛的制氫方式，目前全世界一半以上的氫氣是由蒸汽重整制得的；其中，甲醇-水蒸汽重整(MSR)制氫因反應(yīng)溫度低、產(chǎn)物氫氣含量高等優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注。目前甲醇水蒸氣重整反應(yīng)器的種類主要包括管式、板式、微通道反應(yīng)器三大類，其中微反應(yīng)器由于具有體積小，傳熱效率高、響應(yīng)時(shí)間短、溫度分布均勻等特點(diǎn)而充分顯示廣闊的應(yīng)用前景。但是以往的板式重整制氫微反應(yīng)器的微通道往往是通過(guò)一些蝕刻技術(shù)如(濕法化學(xué)蝕刻、干法蝕刻)、微機(jī)械加工技術(shù)如(激光輻射微機(jī)械加工、微電子流機(jī)械加工)以及它們的組合技術(shù)，這些微加工技術(shù)往往存在著生產(chǎn)成本高，加工耗時(shí)長(zhǎng)的缺點(diǎn)。另外該反應(yīng)器可根據(jù)高溫質(zhì)子交換膜燃料電池輸出功率的不同，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整重整單元與燃燒單元的數(shù)量，還具有易于放大的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種適用于高溫質(zhì)子交換膜燃料電池的波紋板式微通道甲醇蒸汽重整制氫反應(yīng)器，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種波紋板式微通道甲醇蒸汽重整制氫反應(yīng)器，包括上端板和下端板、以及位于上端板與下端板之間的燃燒單元和重整單元，上端板、燃燒單元、重整單元、下端板依次層疊設(shè)置；

所述上端板上設(shè)有4個(gè)通孔，分別作為甲醇水蒸汽進(jìn)口、重整反應(yīng)產(chǎn)物出口，燃燒甲醇與空氣進(jìn)口、燃燒尾氣出口；

燃燒單元包括燃燒基板及燃燒波紋板，燃燒基板為上表面中部帶有凹槽的平板，燃燒波紋板置于凹槽內(nèi)，燃燒波紋板的一側(cè)表面或二側(cè)表面涂有甲醇催化燃燒催化劑層；于燃燒基板上設(shè)有4個(gè)通孔，分別與上端板上的甲醇水蒸汽進(jìn)口、重整反應(yīng)產(chǎn)物出口，燃燒甲醇與空氣進(jìn)口、燃燒尾氣出口相連，與燃燒甲醇與空氣進(jìn)口相連的通孔及與燃燒尾氣出口相連的通孔分別與凹槽相連通(即通孔設(shè)于凹槽的底面上)；重整單元包括重整基板及重整波紋板，重整基板 為上表面中部帶有凹槽的平板，重整波紋板置于凹槽內(nèi)，重整波紋板的一側(cè)表面或二側(cè)表面涂有甲醇蒸汽重整催化劑層；于重整基板上設(shè)有4個(gè)通孔，分別與上端板上的甲醇水蒸汽進(jìn)口、重整反應(yīng)產(chǎn)物出口，燃燒甲醇與空氣進(jìn)口、燃燒尾氣出口相連，與甲醇水蒸汽進(jìn)口相連的通孔及與重整反應(yīng)產(chǎn)物出口相連的通孔分別與凹槽相連通(即通孔設(shè)于凹槽的底面上)。

燃燒單元為1個(gè)以上，重整單元為1個(gè)以上；

當(dāng)燃燒單元為N個(gè)，重整單元為N－1至N+1個(gè)時(shí)，重整單元和燃燒單元交替層疊放置，N為大于等于2的整數(shù)。

于重整基板和燃燒基板的凹槽的四周邊緣處設(shè)有內(nèi)放置有環(huán)狀密封墊的環(huán)狀密封槽。

于上端板、燃燒單元、重整單元、下端板的四周邊緣處分別設(shè)有相對(duì)應(yīng)的3個(gè)以上的均勻分布的通孔，通孔內(nèi)穿套有固定螺桿。

重整波紋板和燃燒波紋板均由耐高溫薄平鋼板經(jīng)機(jī)械加工(折疊)制成。

在上端板上表面和下端板下表面分別貼有用于預(yù)熱的電加熱片。

甲醇燃燒催化劑涂在波紋狀高溫鋼板上，其成分為Al₂O₃、PtO，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3.8％、0.2％。甲醇蒸汽重整催化劑為銅基、鎳基、貴金屬基如銠或鉑等催化劑中的一種或二種以上。

環(huán)狀密封墊為柔性石墨或硅膠材料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述重整制氫反應(yīng)器的燃燒單元、重整單元的微通道是由涂有催化劑耐高溫的薄平鋼板通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械加工制成的，具有成本低，易加工的特點(diǎn)。另外該反應(yīng)器可高溫質(zhì)子交換膜燃料電池輸出功率的不同，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整重整單元與燃燒單元的數(shù)量，還具有易于放大的優(yōu)點(diǎn)。將該重整器與高溫質(zhì)子交換膜燃料電池聯(lián)用時(shí)，可簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

附圖說(shuō)明

圖1為波紋板式微通道甲醇蒸汽重整制氫反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖；

圖2為上端板結(jié)構(gòu)圖，其上的孔為固定螺栓孔和進(jìn)出料孔；

圖3為燃燒單元結(jié)構(gòu)圖；

圖4為重整單元結(jié)構(gòu)圖；

圖5為下端板結(jié)構(gòu)圖,其上的孔為固定螺栓孔；

圖中，(1)、上端板；(2)、燃燒單元；(3)重整單元；(4)、下端板；(5)、重整甲醇水蒸汽進(jìn)口；(6)、重整反應(yīng)產(chǎn)物出口；(7)、燃燒甲醇與空氣進(jìn)口；(8)、燃燒尾氣出口；(9)、密封槽；(10)通孔；(11)、燃燒波紋板；(12)、燃燒基板；(13)、重整波紋板；(14)、重整基板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。

如圖1所示本發(fā)明的一種適用于高溫質(zhì)子交換膜燃料電池的波紋板式微通道甲醇蒸汽重整制氫反應(yīng)器包括上端板1，燃燒單元2，重整單元3，燃燒單元2，重整單元3，燃燒單元2，下端板4；

如圖2所示上端板上有重整甲醇水蒸汽進(jìn)口5，重整反應(yīng)產(chǎn)物出口6，燃燒甲醇與空氣進(jìn)口7，燃燒尾氣出口8以及分別用來(lái)上螺絲的通孔10，可在其上面貼用于預(yù)熱的電加熱片。

如圖3所示燃燒單元2主要由燃燒基板2”及燃燒波紋板2’構(gòu)成，燃燒基板上有重整甲醇水蒸汽進(jìn)口5，重整反應(yīng)產(chǎn)物出口6，燃燒甲醇與空氣進(jìn)口7，燃燒尾氣出口8，用來(lái)上螺絲的孔10以及密封槽9，燃燒波紋板11由耐高溫薄平鋼板經(jīng)機(jī)械加工制成，上有流道，表面涂有甲醇催化燃燒催化劑；

如圖4所示重整單元3主要由重整基板14及重整波紋板13構(gòu)成，重整基板14上有重整甲醇水蒸汽進(jìn)口5,重整反應(yīng)產(chǎn)物出口6，燃燒甲醇與空氣進(jìn)口7，燃燒尾氣出口8，用來(lái)上螺絲的通孔10以及密封槽9,重整波紋板13由耐高溫薄平鋼板經(jīng)機(jī)械加工制成，上有流道，表面涂有甲醇蒸汽重整催化劑；

如圖5所示下端板主要有分別用來(lái)上螺絲的通孔10，可在其上面貼用于預(yù)熱的電加熱片。

本發(fā)明工作過(guò)程如下：

首先用電加熱片給重整器預(yù)熱，待上端板熱偶測(cè)得溫度達(dá)到60℃時(shí)，通過(guò)上端板1燃燒甲醇與空氣混合進(jìn)口7進(jìn)入液態(tài)純甲醇與空氣的混合物，純甲醇在空氣中燃燒，通過(guò)調(diào)節(jié)甲醇與空氣的比例及流量控制升溫速度，待溫度升到250℃，再通過(guò)上端板1重整甲醇水蒸氣進(jìn)口5進(jìn)氣態(tài)的甲醇水蒸氣，通過(guò)控制純甲醇、空氣、甲醇水蒸氣的流量將反應(yīng)器的溫度控制在300℃左右，與此同時(shí)電堆也在升溫，待電堆溫度升到120℃，可將重整反應(yīng)產(chǎn)物出口6與電堆陽(yáng)極進(jìn)口連接，電堆陰極通空氣，連接負(fù)載使電堆逐步放電到穩(wěn)定狀態(tài)。