表面多孔微通道制氢反应器的设计与制造基础研究
发布时间：2021-10-17 11:54
随着氢燃料电池技术的不断发展,以氢燃料电池为动力的新能源汽车和无人机等产业也迅速兴起。然而,氢燃料电池在这些移动场合的应用,严重受制于移动供氢技术的发展。采用液态低碳醇作为氢源载体,并在移动设备中实现快速高效的现场重整制氢,则有望在氢燃料电池移动氢源问题上实现突破。制氢微反应器作为现场重整制氢系统的核心部件之一,需要满足动态响应快、功率密度高等要求。因此,为了提高制氢微反应器的体积功率密度与能量效率,需要设计一种比表面积大、传热传质速率高、催化剂涂覆性能好的制氢微反应器新结构,并对制氢微反应器的制氢性能与结构优化进行研究。为此,本论文结合国家自然科学基金项目“表面多孔化微通道跨尺度结构的粉末分层半固态烧结溶解制造方法研究”（资助号:51575482）、NSFC-浙江省两化融合联合基金项目“多孔金属-波纹基板层叠型自热重整制氢微反应设计与制造基础研究”（资助号:U1809220）和浙江省自然科学基金杰出青年项目“层叠自热型醇类制氢微重整器反应载体的热耦合设计及多尺度制造”（资助号:LR14E050002）,采用理论建模、数值模拟与实验研究相结合的方法,开展了表面多孔微通道制氢反应器的结构...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１氢燃料电池的应用：（ａ）氢燃料电池汽车，（ｂ）氢燃料电池有轨电车，（ｃ）氢燃料电池无人机，??（ｄ）燃料电池市场规模预测??１??
运输便捷等突出优势。若能够采用液态低碳醇作为氢源载体，并在移动设备中实现快速高??效的现场重整制氢，则有望在氢燃料电池移动氢源问题上实现突破。低碳醇现场重整制氢??－燃料电池发电系统示意图和关键部件如图１．２所示。??＇＇?＂！．?＝＝＝＝＝??：１?＇「一?ｆＥｚＺｈ??＿＂■■■■．…＿＿？？？－???????＊?????ｉ??ｎｐ；＇?—Ｈｉ—?Ｌ：．—??一?＇?：?ｄ?〇ｐｔ，ｏｎ３ｌ?—?Ｉ??；?ｓ＇ｉ，：－?．．．．?一７＾：…：．．ｎ±｜??ｆ?ｖ?．翻｜?；７兰：．、：．??＾￣－「．Ａｎｏ＊?！￣Ｈ??疆、ｒ?．一＇「：一［＾?：?一５：」??图１．２低碳醇现场重整制氢－燃料电池发电系统关键部件及其系统组成：（ａ）催化剂载体，（ｂ）重整制??氢微反应器，（Ｃ）现场重整制氢－燃料电池发电系统??重整制氢微反应器作为现场重整制氢系统的核心部件之一，需要满足动态响应快、功??率密度高等要求。现有的重整制氢微反应器通常有微通道式［４４］、徵凸台阵列式［７４（）］以及多??孔材料式［１１＿１６］制氢微反应器，如图１．３所示。其中，微通道式和微凸台阵列式制氢微反应??器具有压降小、流动均匀稳定等优势，但比表面积较小，通道表面较为光滑，催化剂涂覆??强度低
ＷｐＰ?’Ｉ－?．．．??ｍｍ－＾?ｍ??图１．３常见的三种催化剂载体结构：⑷多孔金属式Ｉ＇?（ｂ）微通道式Ｒ?（Ｃ）微凸台阵列式！ｓ！??參腦??图１．４表面多孔微通道催化剂载体结构??本学位论文在国家自然科学基金面上项目“表面多孔化微通道跨尺度结构的粉末分层??半固态烧结溶解制造方法研究’’（资助号：５１５７５４８２）、ＮＳＦＣ－浙江省两化融合联合基金??项目“多孔金属－波纹基板层叠型自热重整制氢微反应设计与制造基础研究”（资助号：??Ｕ１８０９２２０）和浙江省自然科学基金杰出青年项目“层叠自热型醇类制氢微重整器反应载体??的热耦合设计及多尺度制造”（资助号：ＬＲ１４Ｅ０５０００２）的资助下，结合现有微通道式和??多孔材料式制氢微反应器的优势，设计了一种表面多孔徵通道制氢反应器，并基于粉末成??形技术提出一种分层粉末烧结溶解制造工艺，实现表面多孔微通道催化剂载体跨尺度结构??的一次成形。采用理论分析、数值模拟与实验研究相结合的方式，对表面多孔微通道制氢??反应器的结构设计、制造工艺与制氢性能等问题展开研究。研究成果对于解决高能量密度??重整制氢微反应器系统的设计与制造等科学技术问题提供了理论基础和技术支撑，有助于??促进我国制氢微反应器、燃料电池、新能源汽车等相关产业的发展。??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]5A02铝合金表面微纳结构的制备及防腐行为研究[J]. 刘聪,李雪伍,雷勇杰,章桥新,黄行九. 稀有金属材料与工程. 2018(09)
[2]渐变孔隙率纤维载体微反应器的甲醇重整制氢性能[J]. 周伟,俞炜,裴普成,柯育智,刘阳旭. 汽车安全与节能学报. 2018(01)
[3]微型反应器中生物质甲醇催化转化制氢的研究[J]. 马克东,穆昕,周毅,毕怡,张磊,潘立卫. 中国沼气. 2016(02)
[4]微反应器内甲醇水蒸气重整制氢动力学研究[J]. 王锋,周菁,王国强,周新晶. 太阳能学报. 2011(04)
博士论文
[1]粉末冶金压坯残余应力与裂纹损伤研究[D]. 周蕊.天津大学 2013
[2]多孔金属纤维烧结板制造及在制氢微反应器中的作用机理[D]. 周伟.华南理工大学 2010
本文编号：3441722
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１氢燃料电池的应用：（ａ）氢燃料电池汽车，（ｂ）氢燃料电池有轨电车，（ｃ）氢燃料电池无人机，??（ｄ）燃料电池市场规模预测??１??
运输便捷等突出优势。若能够采用液态低碳醇作为氢源载体，并在移动设备中实现快速高??效的现场重整制氢，则有望在氢燃料电池移动氢源问题上实现突破。低碳醇现场重整制氢??－燃料电池发电系统示意图和关键部件如图１．２所示。??＇＇?＂！．?＝＝＝＝＝??：１?＇「一?ｆＥｚＺｈ??＿＂■■■■．…＿＿？？？－???????＊?????ｉ??ｎｐ；＇?—Ｈｉ—?Ｌ：．—??一?＇?：?ｄ?〇ｐｔ，ｏｎ３ｌ?—?Ｉ??；?ｓ＇ｉ，：－?．．．．?一７＾：…：．．ｎ±｜??ｆ?ｖ?．翻｜?；７兰：．、：．??＾￣－「．Ａｎｏ＊?！￣Ｈ??疆、ｒ?．一＇「：一［＾?：?一５：」??图１．２低碳醇现场重整制氢－燃料电池发电系统关键部件及其系统组成：（ａ）催化剂载体，（ｂ）重整制??氢微反应器，（Ｃ）现场重整制氢－燃料电池发电系统??重整制氢微反应器作为现场重整制氢系统的核心部件之一，需要满足动态响应快、功??率密度高等要求。现有的重整制氢微反应器通常有微通道式［４４］、徵凸台阵列式［７４（）］以及多??孔材料式［１１＿１６］制氢微反应器，如图１．３所示。其中，微通道式和微凸台阵列式制氢微反应??器具有压降小、流动均匀稳定等优势，但比表面积较小，通道表面较为光滑，催化剂涂覆??强度低
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【参考文献】：
期刊论文
[1]5A02铝合金表面微纳结构的制备及防腐行为研究[J]. 刘聪,李雪伍,雷勇杰,章桥新,黄行九. 稀有金属材料与工程. 2018(09)
[2]渐变孔隙率纤维载体微反应器的甲醇重整制氢性能[J]. 周伟,俞炜,裴普成,柯育智,刘阳旭. 汽车安全与节能学报. 2018(01)
[3]微型反应器中生物质甲醇催化转化制氢的研究[J]. 马克东,穆昕,周毅,毕怡,张磊,潘立卫. 中国沼气. 2016(02)
[4]微反应器内甲醇水蒸气重整制氢动力学研究[J]. 王锋,周菁,王国强,周新晶. 太阳能学报. 2011(04)
博士论文
[1]粉末冶金压坯残余应力与裂纹损伤研究[D]. 周蕊.天津大学 2013
[2]多孔金属纤维烧结板制造及在制氢微反应器中的作用机理[D]. 周伟.华南理工大学 2010
本文编号：3441722
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