[发明专利]用碳材增强热激发的氢燃料反应器

权利要求书

1.一种用碳材增强热激发的氢燃料反应器，其特征在于：反应器的主要结构材料耐1400℃以上高温，并对高温氢密封性良好，其结构包括耐高温的外密封壳体和用于加热壳体内反应材料的电加热器，外密封壳体内设有用于降低氢渗透率及表面温度的热绝缘材料层，在热绝缘材料层内设有耐高温、高压的保护管，以降低密封壳体温度，降低高温氢的泄漏，其腔内为反应区，用于装填反应材料；

反应材料包括多孔金属氧化物材料小球堆积床，在堆积床中小球的间隙和多孔金属氧化物材料的孔内填入支撑在碳纳米管、石墨烯或混合纳米金属氧化物上的多孔隙镍或镍-钯的多元纳米合金催化剂，以及储氢材料，储氢材料包括储氢和氘的合金纳米粉末或经过处理的碳纳米管、石墨烯储氢和氘材料。

2.如权利要求1所述的用碳材增强热激发的氢燃料反应器，其特征在于：反应区中的小球堆积床可以由表面上涂或镀有纳米厚度的多孔隙镍或镍-钯多元纳米合金催化剂的金属氧化物材料小球组成，以替代在堆积床中小球的间隙和多孔金属氧化物材料的孔内填入支撑在碳纳米管、石墨烯或混合纳米金属氧化物上的多孔隙镍或镍-钯的多元纳米合金催化剂；在堆积床中小球的间隙中填入储氢材料，包括储氢和氘的合金纳米粉末或经过处理的碳纳米管、石墨烯储氢和氘材料。

3.如权利要求1所述的用碳材增强热激发的氢燃料反应器，其特征在于：所述的电加热器位于反应器的反应区中心或者反应区外部，采用耐1400℃以上高温的碳材或钨、钼、钽合金导体材质；当电加热器位于反应区中心时，电加热器需要有耐高温和电绝缘材料的套管；当电加热器位于反应区外部时，电加热器的铠装电加热丝由耐高温水泥密封埋设在两层保护管之间。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的用碳材增强热激发的氢燃料反应器，其特征在于：所述的保护管为Al₂O₃、钇铝石榴石单晶、Sc₂O₃金属氧化物材料或二硅化钼的保护管，在保护管的两端内设有金属氧化物材料堵头以及耐高温、高压的密封端盖，所述堵头能够降低密封端盖处的温度；在反应器运行一段时间后需要重新换料时，能够打开所述密封端盖及堵头进行换料。

5.如权利要求1-3中任意一项所述的用碳材增强热激发的氢燃料反应器，其特征在于：还可以在保护管的外侧设置内密封壳体；所述的内密封壳体和外密封壳体均采用难熔金属或其合金或其碳化物材质。

6.如权利要求5所述的用碳材增强热激发的氢燃料反应器，其特征在于：所述保护管的内壁、外壁，内密封壳体的外壁以及热绝缘材料层的外壁上均可安设有由耐高温的水泥密封的若干热电偶，用于测定对应点的温度。

7.如权利要求1所述的用碳材增强热激发的氢燃料反应器，其特征在于：所述的反应材料中的碳纳米管、石墨烯储氢和氘材料经特殊处理，所述的特殊处理包括利用浓硝酸氧化碳纳米管，对其改性，然后在其上负载NiAl-LDH，通过还原制备碳纳米管负载型多孔Ni纳米颗粒；或者在碳纳米管或石墨烯中装填由球磨法制备并进行预处理的以多孔镍、镍-钯合金为主的多元纳米合金颗粒，或表面掺杂锂、钾、KCl或锶。

8.如权利要求1所述的用碳材增强热激发的氢燃料反应器，其特征在于：为提高所述支撑在碳纳米管、石墨烯或混合纳米金属氧化物上的多孔隙镍或镍-钯的多元纳米合金催化剂中金属粒子连接的牢固程度，避免因机械搅拌造成粒子分离，采用层状双金属氢氧化物LDHs为前体，制备负载型催化剂，从而干预控制活性金属中心的粒径尺寸。

9.如权利要求1所述的用碳材增强热激发的氢燃料反应器，其特征在于：所述的多孔隙镍在填装前进行预处理，包括在密封容器内先抽真空，加热去除镍粉中的杂质，然后充以高压氢，使之附有或吸收足够氢；或用化学、冶金方法形成NiH或NiD。