CN114335598A - 一种固体氧化物燃料电池用换热重整器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池用换热重整器及其制备方法，属于燃料电池换热重整器技术领域。该换热重整器包括含有多个折流段的物流通道的宏观结构，每个折流段均包括用于流通高温流体的第一通道及用于流通待重整介质的第二通道；第一通道和/或第二通道设有作为微观结构的多孔结构或类莲藕结构；微观结构的表面有功能涂层。上述宏观和微观结构通过增材制造方式实现，结合功能涂层最终实现换热重整器的宏观、微观结构功能一体化。该换热重整器可大幅减少燃料电池系统的空间体积，尤其适合家庭、交通运输及对便携式移动电源有特殊需求的其他场合，为提高固体氧化物燃料电池系统的能量利用率和应用推广具有重要意义。

Description

一种固体氧化物燃料电池用换热重整器及其制备方法

技术领域

本发明涉及燃料电池换热重整器技术领域，具体而言，涉及一种固体氧化物燃料电池用换热重整器及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是将燃料中的化学能直接转化为电能的电化学反应装置，具有能量转换效率高、无污染、燃料选择范围广等优点，在大型电站、分布式电站、家庭热电联供系统、交通运输、便携式电源等领域具有广阔的应用前景。

与其他燃料电池相比，SOFC电池堆的另一突出优点是燃料选择性灵活，这得益于电池系统高的运行温度和对燃料中一氧化碳和其他少量杂质的忍耐性。SOFC除了与其他燃料电池一样可以直接使用氢气，还可以选择甲烷、酒精、汽油等碳氢化合物作为燃料。但这些烷烃、醇类等碳氢化合物必须先要经过重整反应生成氢气和一氧化碳混合气之后，才能供给SOFC电池堆使用。直接让燃料在阳极上发生重整反应是最简单、最经济的方法，而且也可以获得最高的系统效率和最少的能量损失。但是，这种直接在阳极上实现重整反应面临最大的问题在于燃料进口处的快速吸热引起温度下降，产生不均匀的温度分布和沿阳极出现很难控制的大温度梯度，由此形成的残余应力极易造成阳极和电解质材料破裂，恶化整个SOFC发电系统的性能，甚至造成发电系统报废。

采用外部重整方案可在很大程度上缓解甚至避免电池内部出现大温度梯度的问题，这也是目前燃料电池系统选择的主要燃料处理方式。一套SOFC发电系统通常由电池堆、换热器和重整器等外围系统组成，独立运行的换热器、重整器、燃烧器等器件通常造成发电系统体积庞大，集成度低，而且还易与系统中其他器件产生结构干涉等问题。其中庞大的SOFC发电系统体积使其在家庭、交通运输以及便携式移动电源等场合表现出一定的局限性。

此外，现有技术在制备换热器、重整器等外围设备时，通常选择机加工结合焊接技术的方式，由这些制备技术得到的换热器、重整器等均面临器件密封性可靠性不高和焊点脱落等问题。而在整个结构设计方面，也很难同时实现对换热器、重整器等器件在宏观结构、微观结构及功能等方面的一体化设计和加工。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种固体氧化物燃料电池用换热重整器，以克服上述技术问题。

本发明的目的之二在于提供一种上述固体氧化物燃料电池用换热重整器的制备方法。

本申请可这样实现：

第一方面，本申请提供一种固体氧化物燃料电池用换热重整器，包括宏观结构和微观结构；

宏观结构为含有多个折流段的物流通道，每个折流段均包括用于流通高温流体的第一通道以及用于流通待重整介质的第二通道；第一通道和第二通道之间通过无泄漏的壁面隔开；

微观结构包括设置于第一通道的多孔结构或类莲藕结构以及设置于第二通道内部的多孔网格结构或类莲藕结构；微观结构的表面有功能涂层；

宏观结构、微观结构通过增材制造方式实现，结合功能涂层最终实现换热重整器的宏观和微观结构功能一体化。

在可选的实施方式中，每个第一通道均包括多个第一子通道，每个第二通道均包括多个第二子通道；

每个折流段中，第一通道和第二通道以上下两行的形式排列；或者，每个折流段中，按一个第一子通道和一个第二子通道相邻设置作为组合单元进行周期性重复排列。

在可选的实施方式中，每个折流段的长度均为50-1000mm。

在可选的实施方式中，第一子通道和第二子通道的截面面积为1-100mm²。

在可选的实施方式中，第一子通道内和/或第二子通道内独立设有连续分布或不连续分布的所述多孔网格结构；

其中，不连续分布的多孔网格结构形成类莲藕结构。

在可选的实施方式中，多个类莲藕结构沿所在通道的长度方向按需间隔设置。

在可选的实施方式中，每个类莲藕结构的长度为0.5-100mm；多个类莲藕结构按需间隔设置。

在可选的实施方式中，每个类莲藕结构的孔隙率为30-95％。

在可选的实施方式中，第一子通道内设置的多孔网格结构或类莲藕结构的表面以及第一通道的内壁均有用于发生重整反应的催化剂。

在可选的实施方式中，第二子通道内设置的多孔网格结构或类莲藕结构的表面以及第二通道的内壁也均有用于发生重整反应的催化剂。

在可选的实施方式中，当第一通道和第二通道内设有多个间隔设置的类莲藕结构时，相邻的两个类莲藕结构之间的间隔区域的内壁还设有扰流体。

在可选的实施方式中，扰流体的数量为多个，多个扰流体沿折流段的长度方向按需间隔错位设置。

在可选的实施方式中，每个扰流体的长度为1-100mm，宽度为0.1-3mm；多个扰流体的位置按需求设置。

在可选的实施方式中，固体氧化物燃料电池用换热重整器还包括第一进口结构，第一进口结构包括第一主管和多个第一歧管，第一主管用于外接高温流体供应器件，多个第一歧管的一端均与第一主管连通，另一端分别与位于最外侧的任意一段折流段所具有的多个第一子通道一一对应连通。

在可选的实施方式中，固体氧化物燃料电池用换热重整器还包括第二进口结构，第二进口结构包括第二主管和多个第二歧管，第二歧管用于外接待重整介质供应器件，多个第二歧管的一端均与第二主管连通，另一端分别与位于最外侧的另一折流段所具有的多个第二子通道一一对应连通。

在可选的实施方式中，第二主管和多个第二歧管的内壁也均有用于发生重整反应的催化剂。

在可选的实施方式中，换热重整器的制备材料包括金属材料、陶瓷材料或复合材料。

在可选的实施方式中，金属材料包括Fe基合金、Ni基合金或Co基合金。

在可选的实施方式中，金属材料为Inconel 625、Hastelloy X、Fe-30Cr、Fe-26Cr、Fe-22Cr、SS430或Ni。

在可选的实施方式中，陶瓷材料包括氧化锆、氮化硅、碳化硅、聚晶金刚石、BeO或AlN。

在可选的实施方式中，复合材料包括不同单质的复合粉末、不同合金的复合粉末、金属陶瓷复合粉末或单质和合金的复合粉末。

第二方面，本申请提供如前述实施方式任一项的固体氧化物燃料电池用换热重整器的制备方法，按前述实施方式任一项的固体氧化物燃料电池用换热重整器的结构，采用增材制造方式进行制备。

在可选的实施方式中，增材制造方式为选区激光或电子束熔化方式；

当采用选区激光熔化方式时，选区激光/电子束熔化方式的工艺条件包括：激光功率为50-400W，扫描速度为300-2000mm/s，激光的扫描间距为0.05-0.5mm，光斑大小为50-100μm，激光波长为500-1070nm。

当采用选区电子束熔化方式时，选区电子束熔化方式的工艺条件包括：束斑直径50-200μm，粉末层厚0.2-1mm，基板预热功率1000-3000W，基板预热时间10-40min，粉末预热时间5-80s，电子束流5-50mA，电子束的频率为1-5kHz，扫描速度500-5000m/s，扫描线距0.2-0.8mm。

在可选的实施方式中，增材制造方式为挤出式增材制造方式或紫外光固化增材制造方式；

当采用挤出式增材制造方式时，挤出式增材制造工艺条件包括：针头孔径0.1-1.2mm、针头的移动速度10-500mm/s、层厚0.05-0.6mm、双道搭接率10-60％；

当采用紫外光固化增材制造方式时，紫外光固化的工艺条件包括：入射能量：激光功率为3-100W，曝光时间2-60s，层厚10-100μm。

本申请的有益效果包括：

本申请提供的换热重整器通过设置折流段，在保证流体有足够流动距离的前提下实现了减小整个系统体积的目的，通过大幅减少燃料电池系统的空间体积，满足了家庭、交通运输以及对便携式移动电源有特殊需求的其他场合使用。

该换热重整器的宏观结构和微观结构可通过增材制造方式实现，结合功能涂层，可实现换热重整器的宏观和微观结构功能一体化。该制备方法简单，可实现复杂流动结构及其在空间分布的精确控制，为提高固体氧化物燃料电池系统的能量利用率和应用推广具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的固体氧化物燃料电池用换热重整器的结构示意图；

图2为图1中第一进口结构的结构示意图；

图3为图1中第二进口结构的结构示意图；

图4为本申请实施例中部分相邻2个折流段内部第一子通道和第二子通道的分布图；

图5为本申请实施例中类莲藕结构的结构示意图；

图6为本申请实施例中扰流体在第一视角下的结构示意图；

图7为本申请实施例中扰流体在第二视角下的结构示意图；

图8为本申请实施例中扰流体在第三视角下的结构示意图。

图标：100-折流段；10-第一通道；11-第一子通道；20-第二通道；21-第二子通道；31-类莲藕结构；32-扰流体；40-第一进口结构；41-第一主管；42-第一歧管；50-第二进口结构；51-第二主管；52-第二歧管；60-收集盒；61-出口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

实施例

下面对本申请提供的固体氧化物燃料电池用换热重整器及其制备方法、固体氧化物燃料电池进行具体说明。

本申请提出一种固体氧化物燃料电池用换热重整器，其作为外部换热和重整器一体化装置，在SOFC电池堆外部工作。

可参考地，请一并结合图1至图3，该换热重整器包括宏观结构和微观结构；

其中，宏观结构为含有多个折流段100的物流通道，每个折流段100均包括用于流通高温流体(约800℃)的第一通道10以及用于流通待重整介质的第二通道20(也即，第二通道20为待重整介质发生重整反应的场所)；第一通道10和第二通道20之间通过无泄漏的壁面隔开。

微观结构包括设置于第一通道10的多孔结构或类莲藕结构31以及设置于第二通道20内部的多孔网格结构或类莲藕结构31；微观结构的表面有功能涂层。

上述宏观结构、微观结构通过增材制造方式实现，结合功能涂层最终实现换热重整器的宏观和微观结构功能一体化。

上述具有折流段100的换热重整器的空间弯曲结构例如可以呈蛇形或回旋形等形式。第一通道10内的高温流体流动方向与第二通道20内的待重整介质的流动方向相反。

进一步地，每个第一通道10均包括多个第一子通道11，每个第二通道20均包括多个第二子通道21，第一子通道11和第二子通道21之间通过无泄漏的壁面隔开。

在一些优选的实施方式中，第一子通道11的总量与第二子通道21的总量相等。

通过设置折流段100，在有限的空间体积内延长了流体在换热重整器中流动距离和停留时间，利于高温流体管壁之间以及燃料与管壁之间的换热和燃料通道内催化反应的充分进行，在保证流体有足够流动距离的前提下实现了减小整个系统体积的目的，通过大幅减少燃料电池系统的空间体积，满足了家庭、交通运输以及对便携式移动电源有特殊需求的其他场合使用，为提高固体氧化物燃料电池系统的能量利用率和应用推广具有重要意义。

较佳地，第一通道10和第二通道20均按一定规则紧密排列。

在某些实施方式中，每个折流段100中，第一通道10整体和第二通道20整体可以以上下两行或左右两列的形式排列。该方式可理解为每个折流段100中，第一通道10整体和第二通道20整体并行或并列排布(相邻排布)。

在其它某些实施方式中，每个折流段100中，按一个第一子通道11和一个第二子通道21相邻设置作为组合单元进行周期性重复排列。也即，每个折流段100中，第一子通道11和第二子通道21为交错排布。

可参考地，以上述其它某些实施方式的形式为例，每个折流段100中流道为上下2层(也即以两层流道作为单元重复弯转折叠，形成主体流动通道)，在同一层流道中，第一子通道11和第二子通道21交错排布。也可理解为，第一子通道11与第一子通道11相间排布，第二子通道21与第二子通道21相间排布(同类型子通道相间排布)。

在此基础上，除位于换热重整器最外侧的两个折流段100，其余折流段100内部的第二子通道21始终被第一子通道11包围。如图4所示，换热重整器的相邻的2个内部折流段100中，对应位置的两个第二子通道21(可理解为该两个第二子通道21在竖向方向投影重合)在内的相邻的8个通道面，除了这2个第二子通道21面相邻以外，其余6个面均与第一子通道11相邻。

具体的，按由上至下的方向，以第2个折流段100和第3个折流段100为例，第2个折流段100内的某一第二子通道21，其相邻的下方对应1个第3个折流段100的第二子通道21，其相邻的上方对应1个第2个折流段100内的第一子通道11，其相邻的前后方均分别对应1个第2个折流段100的第一子通道11；上述第3个折流段100内的第二子通道21，其相邻的下方对应1个第4折流段100的第一子通道11，相邻的前后方也均分别对应1个第3折流段100的第一子通道11。

通过上述方式，可使得第二子通道21以尽可能多的面直接与高温流体流动的第一通道10相邻，从而使高温流体的能量以最短的路径给待重整介质提供催化反应所需要的能量，达到最佳的换热效果。

在一些较佳的实施方式中，每个折流段100的长度均可以为50-1000mm，如50mm、100mm、200mm、500mm或1000mm等。

可参考地，第一通道10和第二通道20的纵截面形状示例性地分别可以选自方形、圆形、菱形、三角形或其它正多边形。

在可选的实施方式中，第一子通道11和第二子通道21的截面面积大小均可以独立地为1-100mm²，如1mm²、5mm²、10mm²、50mm²或100mm²等，也可以为1-100mm²范围内的其它任意值。

上述第一通道10和/或第二通道20的内壁(优选所有内壁面)优选有用于发生重整反应的催化剂，以促进催化反应。可参考地，直接选用具有催化性能的材料通过增材制造的方式制备换热重整器；和/或选用合适的材料通过增材制造的方式制备换热重整器，然后经过合适的后处理方式在内壁面原位生成催化剂；和/或通过涂覆等方式在内壁上沉积合适的催化剂。

进一步地，如图5所示(该图以第一通道10为圆管为例)，本申请的换热重整器的任意通道内设置的微观结构均可独立地为多孔网格结构或类莲藕结构31。其中，多孔网格结构为连续分布，也即填充于整个所在通道内；类莲藕结构31在所在通道内呈不连续方式分布。上述微观结构的外边沿均与所在通道的内壁连接。

通过在上述通道的内部设置微观结构，可增加换热重整器的面体比率，增加催化反应进行的表面积。

上述微观结构所具有的孔均可以为四面体、六面体或八面体等多面体孔，也可以为平行于所在通道的贯穿孔。当其为平行于所在通道的贯穿孔时，其形状包括但不限于圆形、三角形或四边形等其他各种几何图案，这些贯穿孔可使流体穿过。

在可选的实施方式中，当微观结构为类莲藕结构31时，每个类莲藕结构31的长度为0.5-100mm，如0.5mm、1mm、10mm、50mm或100mm等，也可以为0.5-100mm范围内的其它任意值。多个类莲藕结构31按需求间隔设置。

在可选的实施方式中，微观结构的开孔率为30-95％，如30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％等，也可以为30-95％范围内的其它任意值。

较佳地，第一子通道11和/或第二子通道21内设置的微观结构的表面也有用于发生重整反应的催化剂。

通过按上述规格设置微观结构，一方面可以控制流体在通过通道时的压降大小；另一方面有利于增加重整反应催化剂的区域，从而增加流体与换热重整器的接触面积，促进换热和催化反应的进行。

发明人提出：对于某特定的换热重整器，其通道内部流动的特征可由流体的雷诺数表征(Re＝ud/υ，u为流体流速，d为水力直径，υ为运动粘度)，当Re≤2300时，管流为层流，Re≥8000时，管流为湍流。在进口速度较小的情况下，通道内的流动状态为层流，此时流体与通道壁面之间的换热、催化反应主要通过扩散方式进行，效果有限。而如果将流体流动状态由层流发展为湍流，这不仅使对流换热系数增加使换热效果增强，而且还会促进不同物质组分的快速输运以加速催化反应的进行。雷诺数的表达式说明只有通过加大流体进口速度才能使流体由层流发展到湍流，或者进一步增强流动的湍流强度。但是，加大进口流速会导致流体在热换重整器内的停留时间变短，降低了换热和催化重整反应的效果。

鉴于此，发明人创造性地提出：在流动通道壁面设计一些扰流体使层流发展为湍流，或进一步增强流动的湍流强度，将热量、物质组分由扩散为主发展为扩散与对流共同作用，可达到提升换热重整器的换热效果和重整催化反应的速率。

请一并参照图6至图8(该3图以第一通道为方管为例)，本申请中，当通道内的微观结构为类莲藕结构31时，该通道的内壁还设有扰流体32。具体的，上述扰流体32设置在相邻的两个类莲藕结构31之间的间隔区域的内壁。

上述扰流体32为设置在内壁的凸起结构，通过设置扰流体32，不但可改变流体的流动状态，有利于形成或强化湍流流动，而且还可大幅提升流体与壁面之间的换热和物质的传输能力，促进催化反应的进行。

可参考地，上述扰流体32可以为垂直于所在通道内壁的圆柱体或棱柱体等任意能强化湍流效果的立体结构，其截面形状包括但不限于弧形、水滴形或四边形等。

在较佳的实施方式中，扰流体32的数量为多个，多个扰流体32沿折流段100的长度方向按需间隔错位设置。

在可选的实施方式中，每个扰流体32的长度为1-100mm，如1mm、5mm、10mm、50mm或100mm等。宽度为0.1-3mm，如0.1mm、0.5mm、1mm、2mm或3mm等；多个扰流体32的个数按需设置。

进一步地，本申请提供的换热重整器还包括第一进口结构40，第一进口结构40包括第一主管41和多个第一歧管42，第一主管41用于外接高温流体供应器件，多个第一歧管42的一端均与第一主管41连通，另一端分别与位于最外侧的任意一段折流段100所具有的多个第一子通道11一一对应连通。

同理地，该换热重整器还包括第二进口结构50，第二进口结构50包括第二主管51和多个第二歧管52，第二歧管52用于外接待重整介质供应器件，多个第二歧管52的一端均与第二主管51连通，另一端分别与位于最外侧的另一折流段100所具有的多个第二子通道21一一对应连通。

上述第一歧管42和第二歧管52可看成是流体分配结构，可使第一子通道11和第二子通道21的进料分布更加均匀，而且还能使第二通道20内的冷重整燃料混合物充分混合，进而更利于第二通道20内的催化反应进行。

在一些可选的实施方式中，第一进口结构40与高温流体供应器件以及第二进口结构50与待重整介质供应器件之间的连接示例性地可以为螺栓紧固或焊接等方式，从而可提高和确保整个管路通道的密闭性。

较佳地，上述第二主管51和多个第二歧管52的内壁也均有用于发生重整反应的催化剂。

进一步地，该换热重整器还具有2个收集盒60，分别连接于最外侧的2个折流段100的非折流端，其中，第一进口结构40对应与其中的1个收集盒60连接，第二进口结构50对应与另一收集盒60连接，高温流体和重整燃料混合物分别通过第一主管41和第二主管51进入第一通道10和第二通道20，并收集于相对的收集盒60中。作为列举的，高温流体可通过最上方的收集盒60对应的第一进口结构40进入第一通道10并从最下方的收集盒60流出，重整燃料混合物通过最下方的收集盒60对应的第二进口结构50进入第二通道20并从最上方的收集盒60流出。

在一些具体的实施方式中，收集盒60还设置有用于输出收集到的物流的出口61，出口61可设置于收集盒60的各侧面，其数量可以为1个，也可为多个。

作为参考地，本申请提供的换热重整器可由金属材料、陶瓷材料或复合材料等材料制成，其中，金属材料示例性地包括Fe基合金、Ni基合金或Co基合金等，具体可以为Inconel 625、Hastelloy X、Fe-30Cr、Fe-26Cr、Fe-22Cr、SS430或Ni；陶瓷材料示例性地包括氧化锆、氮化硅、碳化硅、聚晶金刚石、BeO或AlN；复合材料示例性地包括不同单质的复合粉末、不同合金的复合粉末、单质和合金的复合粉末以及金属陶瓷复合粉末。

承上，本申请提供的换热重整器用于冷燃料的加热及其催化重整反应生成供燃料电池使用的氢气和一氧化碳，有效解决了现有换热重整器能量利用率和重整效率低、体积庞大以及集成度低等问题。

相应地，本申请还提供了上述固体氧化物燃料电池用换热重整器的制备方法，具体的，按上述固体氧化物燃料电池用换热重整器的结构，采用增材制造方式进行制备。此外，也不排除用机械加工的方式制备各部件，而后通过焊接或钎焊等方法组装成整体。

通过采用增材制造技术不仅可实现复杂流动结构及其在空间分布的精确控制，实现一次整体成型，避免了焊接或钎焊等方法带来的密封等问题。另外，与传统的机械加工方法制备的通道壁面不同，由增材制造获得的通道壁面通常具有更大表面粗糙，在提高催化剂附着力的同时大幅增加了通道的比表面积，使催化反应更高效。

在可选的实施方式中，增材制造方式示例性地可以为选区激光熔化方式、选区电子束熔化增材制造、挤出式增材制造或紫外光固化增材制造方式。

当采用选区激光熔化方式时，选区激光熔化方式的工艺条件可包括：激光功率为50-400W，扫描速度为300-2000mm/s，激光的扫描间距为0.05-0.5mm，光斑大小为50-100μm，激光波长为500-1070nm。

当采用选区电子束熔化方式时，选区电子束熔化方式的工艺条件包括：束斑直径50-200μm，粉末层厚0.2-1mm，基板预热功率1000-3000W，基板预热时间10-40min，粉末预热时间5-80s，电子束流5-50mA，电子束的频率为1-5kHz，扫描速度500-5000m/s，扫描线距0.2-0.8mm。

当采用挤出式增材制造方式时，挤出式增材制造工艺条件包括：针头孔径0.1-1.2mm、针头的移动速度10-500mm/s、层厚0.05-0.6mm、双道搭接率10-60％。

当采用紫外光固化增材制造方式时，紫外光固化的工艺条件包括：入射能量：激光功率为3-100W，曝光时间2-60s，层厚10～100μm。

进一步地，增材制造后，还可对增材制作制造得到的产品进行后处理。具体的后处理方式可参照现有技术，在此不做过多赘述。

本申请的换热重整器所具有的宏观和微观结构通过增材制造方式实现，结合功能涂层最终实现换热重整器的宏观、微观结构功能一体化。

综上，本申请提供的换热重整器通过设置折流段100，在保证流体有足够流动距离的前提下实现了减小整个系统体积的目的，通过大幅减少燃料电池系统的空间体积，满足了家庭、交通运输以及对便携式移动电源有特殊需求的其他场合使用。该换热重整器通过宏观结构(折流段100)和微观结构(多孔网格结构或类莲藕结构31)可通过增材制造方式实现，结合功能涂层(催化剂涂层)，可实现换热重整器的宏观和微观结构功能一体化。并且，该制备方法简单，可实现复杂流动结构及其在空间分布的精确控制。此外，扰流体32的设置可使层流发展为湍流，或进一步增强流动的湍流强度，将热量、物质组分由扩散为主发展为扩散与对流共同作用，可达到提升换热重整器的换热效果和重整催化反应的速率，为提高固体氧化物燃料电池系统的能量利用率和应用推广具有重要意义。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种固体氧化物燃料电池用换热重整器，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池用换热重整器包括宏观结构和微观结构；

所述宏观结构为含有多个折流段的物流通道，每个折流段均包括用于流通高温流体的第一通道以及用于流通待重整介质的第二通道；所述第一通道和所述第二通道之间通过无泄漏的壁面隔开；

所述微观结构包括设置于所述第一通道的多孔结构或类莲藕结构以及设置于所述第二通道内部的多孔网格结构或类莲藕结构；所述微观结构的表面有功能涂层；

所述宏观结构、所述微观结构通过增材制造方式实现，结合功能涂层最终实现换热重整器的宏观和微观结构功能一体化。

2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池用换热重整器，其特征在于，每个所述第一通道均包括多个第一子通道，每个所述第二通道均包括多个第二子通道；

每个所述折流段中，所述第一通道和所述第二通道以上下两行的形式排列；或者，每个所述折流段中，按一个所述第一子通道和一个所述第二子通道相邻设置作为组合单元进行周期性重复排列；

优选地，每个折流段的长度均为50-1000mm；

优选地，所述第一子通道和所述第二子通道的截面面积为1-100mm²。

3.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池用换热重整器，其特征在于，所述第一子通道内和/或所述第二子通道内独立设有连续分布或不连续分布的所述多孔网格结构；

其中，不连续分布的多孔网格结构形成类莲藕结构；

优选地，多个所述类莲藕结构沿所在通道的长度方向按需设置；

优选地，每个所述类莲藕结构的长度为0.5-100mm；多个所述类莲藕结构按需间隔设置；

优选地，每个所述类莲藕结构的孔隙率为30-95％；

优选地，所述第一子通道内设置的所述多孔网格结构或类莲藕结构的表面以及所述第一通道的内壁均有用于发生重整反应的催化剂；

进一步优选地，所述第二子通道内设置的所述多孔网格结构或类莲藕结构的表面以及所述第二通道的内壁也均有用于发生重整反应的催化剂。

4.根据权利要求3所述的固体氧化物燃料电池用换热重整器，其特征在于，当所述第一子通道和所述第二子通道内设有多个按需间隔设置的所述类莲藕结构时，相邻的两个所述类莲藕结构之间的间隔区域的内壁还设有扰流体；

优选地，所述扰流体的数量为多个，多个所述扰流体沿所述折流段的长度方向按需错位设置；

优选地，每个所述扰流体的长度为1-100mm，宽度为0.1-3mm。

5.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池用换热重整器，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池用换热重整器还包括第一进口结构，所述第一进口结构包括第一主管和多个第一歧管，所述第一主管用于外接高温流体供应器件，多个所述第一歧管的一端均与所述第一主管连通，另一端分别与位于最外侧的任意一段折流段所具有的多个第一子通道一一对应连通。

6.根据权利要求5所述的固体氧化物燃料电池用换热重整器，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池用换热重整器还包括第二进口结构，所述第二进口结构包括第二主管和多个第二歧管，所述第二歧管用于外接待重整介质供应器件，多个所述第二歧管的一端均与所述第二主管连通，另一端分别与位于最外侧的另一折流段所具有的多个第二子通道一一对应连通；

优选地，所述第二主管和多个所述第二歧管的内壁也均有用于发生重整反应的催化剂。

7.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池用换热重整器，其特征在于，所述换热重整器的制备材料包括金属材料、陶瓷材料或复合材料；

优选地，所述金属材料包括Fe基合金、Ni基合金或Co基合金；

优选地，所述金属材料为Inconel 625、Hastelloy X、Fe-30Cr、Fe-26Cr、Fe-22Cr、SS430或Ni；

优选地，所述陶瓷材料包括氧化锆、氮化硅、碳化硅、聚晶金刚石、BeO或AlN；

优选地，所述复合材料包括不同单质的复合粉末、不同合金的复合粉末、金属陶瓷复合粉末或单质和合金的复合粉末。

8.如权利要求1-7任一项所述的固体氧化物燃料电池用换热重整器的制备方法，其特征在于，按权利要求1-7任一项所述的固体氧化物燃料电池用换热重整器的结构，采用增材制造方式进行制备。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述增材制造方式为选区激光或电子束熔化方式，

当采用选区激光熔化方式时，选区激光熔化方式的工艺条件包括：激光功率为50-400W，扫描速度为300-2000mm/s，激光的扫描间距为0.05-0.5mm，光斑大小为50-100μm，激光波长为500-1070nm；

当采用选区电子束熔化方式时，选区电子束熔化方式的工艺条件包括：束斑直径50-200μm，粉末层厚0.2-1mm，基板预热功率1000-3000W，基板预热时间10-40min，粉末预热时间5-80s，电子束流5-50mA，电子束的频率为1-5kHz，扫描速度500-5000m/s，扫描线距0.2-0.8mm。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述增材制造方式为挤出式增材制造方式或紫外光固化增材制造方式；

当采用挤出式增材制造方式时，挤出式增材制造工艺条件包括：针头孔径0.1-1.2mm、针头的移动速度10-500mm/s、层厚0.05-0.6mm、双道搭接率10-60％；

当采用紫外光固化增材制造方式时，紫外光固化的工艺条件包括：入射能量：激光功率为3-100W，曝光时间2-60s，层厚10-100μm。

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