高蒸发度乙醇重整反应器的制作方法

本实用新型涉及重整制氢技术领域，特别是一种高蒸发度乙醇重整反应器。

背景技术：

在众多的新能源中，氢能将会成为21世纪最理想的能源。在燃烧相同的煤、汽油和氢气的情况下，氢气产生的能量最多，而且它燃烧的产物是水，没有灰渣和废气，不会污染环境。

质子交换膜燃料电池（PEMFC）需要纯氢作为燃料，但纯氢的运输、储存、加注技术及设施不能满足分散型电站，尤其是进入家庭使用的要求，因此通过现有的化石燃料的储运附加设施，利用燃料重整制氢的方式与PEMFC联合使用成为国际的通用方法。

蒸发器组成重整反应器的重要部件，现有的蒸发器大都是盘管结构，这种结构的蒸发器传热效率有限，有时其内的介质不能够完全汽化，影响了最终产品性能。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种高蒸发度乙醇重整反应器，以至少解决现有乙醇重整反应器的蒸发器传热效率低、介质汽化不充分的问题。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种高蒸发度乙醇重整反应器，包括燃烧室、重整反应室、蒸发器和外壳；

燃烧室和重整反应室均为空腔柱体，燃烧室置于重整反应器内，燃烧室与重整反应室之间的间隙内填充重整反应催化剂；

重整反应室上方设有与燃烧室相通的进料腔体，进料腔体内设有正对燃烧室的喷嘴，喷嘴上设有乙醇燃料进口和空气进口；进料腔体上方设有点火装置，且点火装置的点火正、负电极置于喷嘴的出口处；

蒸发器包括平行设置的若干组热交换器、分别与若干组热交换器两端端口连接相通的第一、第二支管以及分别与第一、第二支管连接相通的输入、输出总管，其中，所述的热交换器由并排设置的U形管依次连接而成或者由两排交错设置的U形管逐个依次连接而成，且U形管内表面上设有翅片；蒸发器置于燃烧室内，蒸发器的输出总管与重整反应室的进口连接；

燃烧室、重整反应室、蒸发器和进料腔体都位于同一轴线上，且都封装于外壳内。

作为优选的技术方案重整反应室的外侧设置有空腔结构的CO净化器，CO净化器设有气体进、出口，CO净化器的气体进口与重整反应室的出口连接。来自重整反应器的富氢气体包含H₂、CO₂、CO和少量的H₂O和N₂。因氢燃料电池的电极材料为Pt，CO不仅会毒化Pt电极而且极易吸附于催化剂表面，阻碍燃料的催化氧化，大量的研究表明极微量的CO就能使电池性能严重下降。因此，本实用新型乙醇重整反应器内安装了CO净化器以去除富氢气体中的CO。

作为优选的技术方案，点火装置上设有第一散热风扇，外壳内的壳顶上位于点火装置正上方的位置设有第二散热风扇。

作为优选的技术方案，外壳上部的壳壁上均布有若干散热孔。

作为优选的技术方案，重整反应室的进口处设有第一热电偶，CO净化器的气体出口处设有第二热电偶。乙醇重整反应器的反应温度不易控制，因此，本实用新型乙醇重整反应器内安装了两个热电偶，以对乙醇重整反应器内的温度进行精确控制。

乙醇重整反应器启动时，乙醇燃料与空气在喷嘴中混合并从喷嘴处喷出至燃烧室，同时点火装置通电，在点火正、负电极的作用下在燃烧室内迅速燃烧产生热。燃烧室产生的热量迅速向蒸发器和重整反应室内腔传导，原料乙醇和水从蒸发器的进口进入蒸发器，并在由若干U形管组成的蒸发器内汽化形成原料混合气体，热的混合气体从蒸发器出口经重整反应室进口进入重整反应室，并在催化剂的作用下发生重整反应产生富氢气体。富氢气体进一步经过CO净化器降低CO含量，然后输送至燃料电池产生电力，没有完全使用的转化产物会送回燃烧室为反应提供热量。

本实用新型中，蒸发器由若干组热交换器组成，而每组热交换器又由若干个U形管依次相接组成，这样就极大地增加了热交换的有效长度，使得原料乙醇和水能够在热交换器内尽可能流经更长距离、停留更长时间的，使得原料乙醇和水能够更充分的吸热汽化，最终进一步的提高了热交换效率。

本实用新型中，在重整反应室的进口处设有第一热电偶，在CO净化器的出口处设有第二热电偶，通过两个热电偶对重整反应室进口及CO净化器出口的温度进行实时监测，从而可得知整个重整反应器反应温度的运行情况。在点火装置上设有第一散热风扇，外壳内的壳顶上位于点火装置正上方的位置设有第二散热风扇，两个散热风扇可对重整反应器的温度进行控制，使得重整反应器的反应温度始终保持在正常范围内。

本实用新型所述乙醇重整反应室主要与质子交换膜燃料电池联用，为质子交换膜燃料电池提供氢气。在启动时，使用工业乙醇燃烧产生热，提供重整反应所需要的温度，与传统乙醇重整反应器相比，一方面，直接使用液体燃料简化结构；二方面，点燃后即可快速加热至所需的反应温度，减少了启动时间，工作稳定，可靠性强；三方面，使用特殊结构构造的蒸发器，大大提高了蒸发器的热交换率，使得介质汽化更充分；四方面，设有CO净化器，去除了富氢气体中的CO；五方面，散热风扇及热电偶的加入，可实时对重整反应器的温度情况进行监控，确保反应的顺利进行和安全问题。本实用新型特别适用于可移动、便携式的小型燃料电池发电系统。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型中蒸发器的结构示意图。

图3为图2的左视图。

图4为图2的仰视图。

图中：1-燃烧室、2-重整反应室、3-蒸发器、3-1-热交换器、3-2-第一支管、3-3-第二支管、3-4-输入总管、3-5-输出总管、3-6-U形管、3-7-翅片、4- CO净化器、4-1-气体进口、4-2-气体出口、5-外壳、6-进料腔体、7-乙醇燃料进口、8-空气进口、9-点火装置、10-第一热电偶、11-第二热电偶、12-第一散热风扇、13-第二散热风扇、14-散热孔、A-重整反应室的进口、B-重整反应室的出口。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本实用新型，以下结合参考附图并结合实施例对本实用新型作进一步清楚、完整的说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1至图4所示，一种高蒸发度乙醇重整反应器，包括燃烧室1、重整反应室2、蒸发器3和外壳5；

燃烧室1和重整反应室2均为空腔柱体，燃烧室1置于重整反应器2内，燃烧室1与重整反应室2之间的间隙内填充重整反应催化剂；

重整反应室2上方设有与燃烧室1相通的进料腔体6，进料腔体6内设有正对燃烧室1的喷嘴，喷嘴上设有乙醇燃料进口7和空气进口8；进料腔体6上方设有点火装置9，且点火装置9的点火正、负电极置于喷嘴的出口处；

蒸发器3包括平行设置的若干组热交换器3-1、分别与若干组热交换器3-1两端端口连接相通的第一、第二支管3-2、3-3以及分别与第一、第二支管3-2、3-3连接相通的输入、输出总管3-4、3-5，其中，所述的热交换器3-1由并排设置的U形管3-6依次连接而成或者由两排交错设置的U形管3-6逐个依次连接而成，且U形管3-6内表面上设有翅片3-7；蒸发器3置于燃烧室1内，蒸发器3的输出总管3-5与重整反应室2的进口连接；

燃烧室1、重整反应室2、蒸发器3和进料腔体6都位于同一轴线上，且都封装于外壳5内。

燃烧室1为重整反应提供热量，燃料为乙醇，助燃剂为空气，燃烧产物是CO₂和H₂O，燃烧过程中放出热量。该反应能够迅速燃烧产生热，从而使燃烧室1和重整反应室2迅速升温到所需的温度。喷嘴设于进料腔体6内，乙醇燃料进口7和空气进口8分别用于向喷嘴内输入燃料乙醇和助燃剂。点火装置9设于进料腔体6上方，点火装置9的点火正、负电极伸至喷嘴处，点火装置9通电，点火正、负电极即可点燃从喷嘴喷出的燃料乙醇和空气的混合气体，喷嘴即可将火焰喷入至燃烧室1内。蒸发器3为原料乙醇和水的汽化场所，原料乙醇和水由蒸发器3的输入总管3-4进入并分散进入到若干U形管内，与燃烧室1内的热量热交换后被充分汽化，汽化后的混合气体从蒸发器3的输出总管3-5输出至重整反应室2。重整反应室2中乙醇和水反应生成重整合成气。

乙醇重整制氢反应器启动时，燃料乙醇通过蠕动泵、燃料乙醇、空气进入进料腔体6的喷嘴，燃料乙醇和空气混合，喷到燃烧室1中，在点火装置9的点火正、负电极的作用下迅速燃烧产生热，其启动时间短，操作和装置都很简单。燃烧室1产生的热量迅速向蒸发器3和重整反应室2内腔传导，原料乙醇和水在蒸发器3内汽化形成原料混合气体，热的混合气体进入重整反应室2在催化剂的作用下发生重整反应产生富氢气体。

来自重整反应室2的富氢气体包含H₂、CO₂、CO和少量的H₂O和N₂。因氢燃料电池的电极材料为Pt，CO不仅会毒化Pt电极而且极易吸附于催化剂表面，阻碍燃料的催化氧化，大量的研究表明极微量的CO就能是电池性能严重下降，因而，本实用新型在重整反应室2外侧设置了CO净化器4，以去除富氢气体中的CO，经过CO净化后的富氢气体进入质子交换膜燃料电池产生电力，没有完全使用的转化产物会送回乙醇重整反应器的燃烧室为反应提供热量。

点火装置9上设有第一散热风扇12，外壳5内的壳顶上位于点火装置9正上方的位置设有第二散热风扇13。外壳5上部的壳壁上均布有若干散热孔14。在重整反应室2的进口处设有第一热电偶10，CO净化器4的气体出口4-2处设有第二热电偶11，第一热电偶10及第二热电偶11的设置都是为了能够精准监控本实用新型的整体温度运行情况，避免意外发生。

本实用新型要求保护的范围不限于以上具体实施方式，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有多种变形和更改，凡在本实用新型的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本实用新型的保护范围之内。