一种波纹板式微通道甲醇蒸汽重整制氢反应器的制作方法

本发明涉及到高温质子交换膜燃料电池及甲醇水蒸气重整制氢领域，特别涉及到一种适用于高温质子交换膜燃料电池的波纹板式微通道甲醇蒸汽重整制氢反应器。

背景技术：

与低温质子交换膜燃料电池相比，高温质子交换膜燃料电池具有水热管理简单、热电联供系统效率高、反应动力学快、耐CO能力强等优势，受到越来越多人的关注，其工作温度一般为160℃-180℃，能耐CO达3％，与外重整器连用时，可简化系统结构。

蒸汽重整是目前使用最广泛的制氢方式，目前全世界一半以上的氢气是由蒸汽重整制得的；其中，甲醇-水蒸汽重整(MSR)制氢因反应温度低、产物氢气含量高等优势而备受关注。目前甲醇水蒸气重整反应器的种类主要包括管式、板式、微通道反应器三大类，其中微反应器由于具有体积小，传热效率高、响应时间短、温度分布均匀等特点而充分显示广阔的应用前景。但是以往的板式重整制氢微反应器的微通道往往是通过一些蚀刻技术如(湿法化学蚀刻、干法蚀刻)、微机械加工技术如(激光辐射微机械加工、微电子流机械加工)以及它们的组合技术，这些微加工技术往往存在着生产成本高，加工耗时长的缺点。另外该反应器可根据高温质子交换膜燃料电池输出功率的不同，适当地调整重整单元与燃烧单元的数量，还具有易于放大的优点。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种适用于高温质子交换膜燃料电池的波纹板式微通道甲醇蒸汽重整制氢反应器，本发明采用以下技术方案来实现：

一种波纹板式微通道甲醇蒸汽重整制氢反应器，包括上端板和下端板、以及位于上端板与下端板之间的燃烧单元和重整单元，上端板、燃烧单元、重整单元、下端板依次层叠设置；

所述上端板上设有4个通孔，分别作为甲醇水蒸汽进口、重整反应产物出口，燃烧甲醇与空气进口、燃烧尾气出口；

燃烧单元包括燃烧基板及燃烧波纹板，燃烧基板为上表面中部带有凹槽的平板，燃烧波纹板置于凹槽内，燃烧波纹板的一侧表面或二侧表面涂有甲醇催化燃烧催化剂层；于燃烧基板上设有4个通孔，分别与上端板上的甲醇水蒸汽进口、重整反应产物出口，燃烧甲醇与空气进口、燃烧尾气出口相连，与燃烧甲醇与空气进口相连的通孔及与燃烧尾气出口相连的通孔分别与凹槽相连通(即通孔设于凹槽的底面上)；重整单元包括重整基板及重整波纹板，重整基板 为上表面中部带有凹槽的平板，重整波纹板置于凹槽内，重整波纹板的一侧表面或二侧表面涂有甲醇蒸汽重整催化剂层；于重整基板上设有4个通孔，分别与上端板上的甲醇水蒸汽进口、重整反应产物出口，燃烧甲醇与空气进口、燃烧尾气出口相连，与甲醇水蒸汽进口相连的通孔及与重整反应产物出口相连的通孔分别与凹槽相连通(即通孔设于凹槽的底面上)。

燃烧单元为1个以上，重整单元为1个以上；

当燃烧单元为N个，重整单元为N－1至N+1个时，重整单元和燃烧单元交替层叠放置，N为大于等于2的整数。

于重整基板和燃烧基板的凹槽的四周边缘处设有内放置有环状密封垫的环状密封槽。

于上端板、燃烧单元、重整单元、下端板的四周边缘处分别设有相对应的3个以上的均匀分布的通孔，通孔内穿套有固定螺杆。

重整波纹板和燃烧波纹板均由耐高温薄平钢板经机械加工(折叠)制成。

在上端板上表面和下端板下表面分别贴有用于预热的电加热片。

甲醇燃烧催化剂涂在波纹状高温钢板上，其成分为Al₂O₃、PtO，其质量分数分别为3.8％、0.2％。甲醇蒸汽重整催化剂为铜基、镍基、贵金属基如铑或铂等催化剂中的一种或二种以上。

环状密封垫为柔性石墨或硅胶材料。

与现有技术相比，本发明所述重整制氢反应器的燃烧单元、重整单元的微通道是由涂有催化剂耐高温的薄平钢板通过简单的机械加工制成的，具有成本低，易加工的特点。另外该反应器可高温质子交换膜燃料电池输出功率的不同，适当地调整重整单元与燃烧单元的数量，还具有易于放大的优点。将该重整器与高温质子交换膜燃料电池联用时，可简化系统结构。

附图说明

图1为波纹板式微通道甲醇蒸汽重整制氢反应器结构图；

图2为上端板结构图，其上的孔为固定螺栓孔和进出料孔；

图3为燃烧单元结构图；

图4为重整单元结构图；

图5为下端板结构图,其上的孔为固定螺栓孔；

图中，(1)、上端板；(2)、燃烧单元；(3)重整单元；(4)、下端板；(5)、重整甲醇水蒸汽进口；(6)、重整反应产物出口；(7)、燃烧甲醇与空气进口；(8)、燃烧尾气出口；(9)、密封槽；(10)通孔；(11)、燃烧波纹板；(12)、燃烧基板；(13)、重整波纹板；(14)、重整基板。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

如图1所示本发明的一种适用于高温质子交换膜燃料电池的波纹板式微通道甲醇蒸汽重整制氢反应器包括上端板1，燃烧单元2，重整单元3，燃烧单元2，重整单元3，燃烧单元2，下端板4；

如图2所示上端板上有重整甲醇水蒸汽进口5，重整反应产物出口6，燃烧甲醇与空气进口7，燃烧尾气出口8以及分别用来上螺丝的通孔10，可在其上面贴用于预热的电加热片。

如图3所示燃烧单元2主要由燃烧基板2”及燃烧波纹板2’构成，燃烧基板上有重整甲醇水蒸汽进口5，重整反应产物出口6，燃烧甲醇与空气进口7，燃烧尾气出口8，用来上螺丝的孔10以及密封槽9，燃烧波纹板11由耐高温薄平钢板经机械加工制成，上有流道，表面涂有甲醇催化燃烧催化剂；

如图4所示重整单元3主要由重整基板14及重整波纹板13构成，重整基板14上有重整甲醇水蒸汽进口5,重整反应产物出口6，燃烧甲醇与空气进口7，燃烧尾气出口8，用来上螺丝的通孔10以及密封槽9,重整波纹板13由耐高温薄平钢板经机械加工制成，上有流道，表面涂有甲醇蒸汽重整催化剂；

如图5所示下端板主要有分别用来上螺丝的通孔10，可在其上面贴用于预热的电加热片。

本发明工作过程如下：

首先用电加热片给重整器预热，待上端板热偶测得温度达到60℃时，通过上端板1燃烧甲醇与空气混合进口7进入液态纯甲醇与空气的混合物，纯甲醇在空气中燃烧，通过调节甲醇与空气的比例及流量控制升温速度，待温度升到250℃，再通过上端板1重整甲醇水蒸气进口5进气态的甲醇水蒸气，通过控制纯甲醇、空气、甲醇水蒸气的流量将反应器的温度控制在300℃左右，与此同时电堆也在升温，待电堆温度升到120℃，可将重整反应产物出口6与电堆阳极进口连接，电堆阴极通空气，连接负载使电堆逐步放电到稳定状态。