专利名称：一种车载燃料电池重整制氢反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制氢反应器，尤其是涉及一种车载燃料电池重整制氢反应器。
背景技术：
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是目前发展最快也最成熟的车用燃料电池。基于 PEMFC的燃料电池汽车需要氢气作为燃料。由于氢密度小，易气化、着火、爆炸，故在氢的储 存、运输及使用方面带来一些不便；氢燃料“逃逸率”高，即使用真空密封燃料箱，也以每24 小时2%的速率“逃逸”，而汽油一般是每月才1%;加注氢燃料既费时，又有危险性。车载制 氢是指碳氢燃料(石油、天然气、甲醇、甲烷，液化石油气和二甲醚等)在重整器内催化剂的 作用下发生化学反应，转化为含氢气的混合气体，混合气体经过净化器提纯后作为燃料电 池汽车的氢源。二甲醚重整制氢具有能量密度高、能量转化效率高，容易运输、补充和储存， 在经济性、安全性等方面也有很明显的优势，是最现实的燃料电池氢源技术，成为研究的热 点o重整制氢反应器的产氢速度应该满足车辆加速，怠速及正常行驶时燃料电池的 动力输出的要求。现有的反应器没有考虑车辆的工况参数对重整器的要求。公开专利号 CN1629065,设计一种微通道板翅式水蒸汽重整制氢反应器，主体部分为微通道板翅结构， 其有两个燃烧腔，一个重整腔和两个气化腔，腔与腔之间均有导热板相隔；两个燃烧腔中间 夹一个重整腔，两个燃烧腔的另一侧各有一个汽化腔，富氢气体和空气在燃烧腔发生催化 燃烧反应，放出大量热，热量大部分通过导热板传递给重整腔和两个汽化腔；原料液先进入 制氢反应器的两个汽化腔，气化后进入重整腔，最终在重整腔中被重整制得符合要求的氢 气混合气。公开专利号CN1616343 —种可拆卸的板式重整制氢反应器，由多个不同腔组合 而成，其中重整腔于整个反应器中间，其两侧分别为一个板式的燃烧腔；燃烧腔和重整腔 的侧面分别开有装填催化剂的小孔，燃烧腔的另一侧面还有用于使氢气分布均勻的气体分 布器；燃烧腔的各另一侧分别为一个热交换腔；热交换腔的各另一侧分别为一个汽化腔； 汽化腔的各另一侧为反应器盖板；两个盖板上设有反应物入口、反应产物出口和燃烧产物 出口 ；燃烧腔和重整腔的出口高温气体分别进入两个热交换腔，在腔内通过传热板把热量 传递给两个气化腔，从而降低了自身的温度，同时又气化了要进入重整腔的液体原料。上述 重整器没有考虑车辆行驶中的工况参数对重整器产氢速率的要求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、体积 小、能耗低的车载燃料电池重整制氢反应器。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种车载燃料电池重整制氢反应器，其特征在于，该反应器包括旋转隔板、重整 器、净化器和换热器，所述的旋转隔板、重整器、净化器与换热器组合在一起，净化器设置在 换热器内，重整器的一端通过旋转隔板与进气口连接，重整器的另一端通过隔板与换热器分开，并与净化器的前端连接，净化器的后端与换热器一端上的重整混合气出口连接，汽化 后的水蒸气与二甲醚及空气经混合并预热，导入至重整器进行催化重整反应，重整后的气 体经换热器冷却后进入净化器进行水煤气置换反应，净化后的气体由重整混合气出口排 出，再经冷却后进入燃料电池堆。所述的重整器为管状。所述的催化重整反应使用的催化剂包括Pt/Al203或Cu/A1203。所述的净化器为管状。所述的换热器上方设置有冷却水出口，下方设置有冷却水进口。与现有技术相比，本发明具有以下优点(1)本装置中重整器、净化器与换热器组合在一起，可以减少重整系统的体积，结 构更为紧凑，质量轻；(2)采用二甲醚作为重整燃料，二甲醚重整制氢具有能量密度高、能量转化效率 高，容易运输、补充和储存，在经济性、安全性等方面也有很明显的优势；(3)满足车辆行驶中的工况参数对重整器产氢速率的要求，当车辆处于低负荷或 者怠速运转时，转动中间隔板，这样只有部分重整腔工作，其余重整腔停止工作。
图1为重整制氢系统流程图；图2为组合反应器的轴向剖面图；图3为组合反应器的径向剖面图。图中1为进气口、2为旋转隔板、3为重整器、4为净化器、5为冷却水出口、6为冷却 水入口、7为换热器、8为重整混合气出口，9为隔板。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例1如图2-3所示，一种车载燃料电池重整制氢反应器，该反应器包括旋转隔板2、重 整器3、净化器4和换热器7，旋转隔板2、重整器3、净化器4和换热器7组合在一起，净化 器4设置在换热器7内，重整器3的一端通过旋转隔板2与进气口 1相连接，重整器3的另 一端通过隔板9与换热器7分开，并与净化器4的前端连接，净化器4的另一端与换热器7 一端上的重整混合器出口 8连接，换热器7的上方设置有冷却水出口 5，下方设置有冷却水 入口 6，通过控制冷却水的流量来控制换热器内气体的温度。采用上述反应器将二甲醚、空气与水蒸气重整制氢用作车载燃料电池的原料，二 甲醚自热重整制氢系统流程如图1所示，包括蒸发器(HEATER1)、混合器(MIX-1)、预热器 (HEATER2)、反应器和换热器(HEATX2)，该反应器包括重整器(PFR_1)3、净化器(PFR_2)4、 换热器(HEATX1)7。水(H20-A1)在蒸发器(HEATER1)中汽化，汽化后的水蒸气(H20_A2) 经气体流量计进入混合器(MIX-1)，与二甲醚、空气(DME2)在混合器(MIX-1)内混合后， 混合气体进入预热器(HEATER2)预热。预热后的混合气体在重整器(PFR_1)3内催化剂的 作用下发生催化重整反应。重整后的高温富氢气体在换热器(HEATX1)7内冷却，再进入PFR-2)4发生水煤气置换反应以降低CO含量。从净化器出来的混合气体在换热 器(HEATX2)内冷却后，进入燃料电池堆。将重整器(PTR-1)3、净化器(PTR_2)4与换热器 (HEATX1) 7组合在一起，可以减少重整系统的体积，使结构更为紧凑。汽化后的水蒸气经气体流量计进入混合器，与二甲醚和空气在混合器内混合后进 入预热器预热，利用旋转隔板2将6个重整器3分成上下两层，上下两层重整器可单独工作 或者同时工作。当汽车处于低负荷或者怠速运转时，氢气需求量较小，只需要部分重整器工 作，控制产氢速率，进而改变燃料电池的输出功率。预热后的混合气体经上面的一个进气口 1，如图2和图3所示，进入在上层的3个重整器3内，混合气体在Cu/A1203的作用下发生催 化重整反应，重整后的高温富氢气体在换热器7内换热，再进入净化器4发生水煤气置换反 应以降低混合气中一氧化碳的含量，从净化器4出来的混合气体经重整混合气出口 8导出， 再冷却后，进入燃料电池堆。实施例2参见图2，一种车载燃料电池重整制氢反应器，该反应器包括旋转隔板2、重整器 3、净化器4和换热器7，旋转隔板2、重整器3、净化器4和换热器7组合在一起，净化器4设 置在换热器7内，重整器3的一端通过旋转隔板2与进气口 1相连接，重整器3的另一端通 过隔板9与换热器7分开，并与净化器4的前端连接，净化器4的另一端与换热器7 —端上 的重整混合器出口 8连接，换热器7的上方设置有冷却水出口 5，下方设置有冷却水入口 6， 通过控制冷却水的流量来控制换热器内气体的温度。汽化后的水蒸气与二甲醚、空气经混 合并预热，导入至重整器3进行催化重整，重整后的气体经换热器7冷却后进入净化器4进 行水煤气置换反应，净化后的气体由重整混合气出口 8排出，再经冷却后进入燃料电池堆。汽化后的水蒸气经气体流量计进入混合器，与二甲醚、空气在混合器内混合后进 入预热器预热，利用旋转隔板2将6个重整器3分成上下两层。当汽车处于高速运转时，上 下两层的6个重整器3全部工作，产氢速率可以达到2. 4mol/min,可提供5kW燃料电池额定 功率下运行时所需氢气。预热后的混合气体经两个进气口 1进入全部的6个重整器3内， 在Pt/Al203的作用下进行催化重整反应，重整后的高温富氢气体在换热器7内换热，再进入 净化器4进行水煤气置换反应以降低混合气中一氧化碳的含量，从净化器4出来的混合气 体经重整混合气出口 8导出，再冷却后，进入燃料电池堆。
权利要求
一种车载燃料电池重整制氢反应器，其特征在于，该反应器包括旋转隔板、重整器、净化器和换热器，所述的旋转隔板、重整器、净化器与换热器组合在一起，净化器设置在换热器内，重整器的一端通过旋转隔板与进气口连接，重整器的另一端通过隔板与换热器分开，并与净化器的前端连接，净化器的后端与换热器一端上的重整混合气出口连接，汽化后的水蒸气与二甲醚及空气经混合并预热，导入至重整器进行催化重整反应，重整后的气体经换热器冷却后进入净化器进行水煤气置换反应，净化后的气体由重整混合气出口排出，再经冷却后进入燃料电池堆。
2.根据权利要求1所述的一种车载燃料电池重整制氢反应器，其特征在于，所述的重 整器为管状。
3.根据权利要求1所述的一种车载燃料电池重整制氢反应器，其特征在于，所述的催 化重整反应使用的催化剂包括PVAIxO3或CU/A1203。
4.根据权利要求1所述的一种车载燃料电池重整制氢反应器，其特征在于，所述的净 化器为管状。
5.根据权利要求1所述的一种车载燃料电池重整制氢反应器，其特征在于，所述的换 热器上方设置有冷却水出口，下方设置有冷却水进口。
全文摘要
本发明涉及一种车载燃料电池重整制氢反应器，该反应器包括组合在一起的旋转隔板、重整器、净化器和换热器，净化器设置在换热器内，重整器的一端通过旋转隔板与进气口相连接，另一端通过隔板与换热器分开，并与净化器的前端连接，净化器的后端与重整混合气出口连接，汽化后的水蒸气与二甲醚及空气混合并预热后，导入重整器进行催化重整，重整后的气体经换热器冷却后进入净化器进行水煤气置换反应，降低混合气中一氧化碳的含量，再经冷却进入燃料电池堆。本发明中重整器、净化器与换热器组合在一起，减少了重整系统的体积，使结构更为紧凑，质量轻；采用二甲醚自热重整技术，能量转化效率高；满足了车辆行驶中的工况参数对重整器产氢速率的要求。
文档编号H01M8/06GK101891148SQ20091005156
公开日2010年11月24日 申请日期2009年5月19日 优先权日2009年5月19日
发明者任红娟, 李聪, 钱宇彬, 马其华 申请人:上海工程技术大学