CN100441496C - 一种具有氧气喷射结构的板式制氢反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有氧气喷射结构的板式制氢反应器，包括至少一个由吸热反应基板和放热反应基板组成的反应单元体，吸热反应基板设有一个氧气喷射结构，包括氧气流道，氧气分布腔和氧气喷孔；氧气分布腔与氧气流道连通，氧气分布腔位于氧气喷孔上方。吸热反应基板覆盖在放热反应基板的表面，氧气喷射结构与放热反应基板上反应腔室的一端配合；氧气或空气经吸热反应基板上的氧气喷射结构进入放热反应基板上的反应腔室内，与碳氢化合物类燃料充分混合后进行反应。板式制氢反应器中引入氧气喷射结构，使氧气与燃料充分混合的同时在催化剂作用下进行反应，提高了制氢效率，有效降低了直接混合存在爆炸的风险。

Description

一种具有氧气喷射结构的板式制氢反应器

技术领域

本发明涉及一种将碳氢化合物类燃料重整制备氢气的反应器，特别是涉及一种具有氧气喷射结构的板式制氢反应器。

背景技术

能源危机和环境污染的日渐加剧迫使人们寻找新的环保能源，氢能源因其燃烧热值高并且清洁环保等优点而受到广泛关注。以纯氢为燃料的质子交换膜燃料电池具有高能量转换效率和低污染排放等优势，且现阶段燃料电池技术已达到一定高度，在移动电源方面有着广阔的应用前景，但是氢源供应的问题限制了燃料电池的推广应用。这是由于氢气沸点低且不易压缩和液化，不管以气态还是液态储存，都要占用大量的空间，并且氢气易燃易爆，导致运输和加注十分困难和危险。

目前，氢能源的需求量在不断增大，制氢方法呈现多元化的格局。其中，将碳氢化合物类燃料(如甲醇，乙醇等)重整制备氢气的方法是研究的热点。将碳氢化合物类燃料重整制备氢气的方法一般有水蒸汽重整法、部分氧化重整法和自热重整法，其反应原理如下：

水蒸汽重整反应(Stem Reforming)：

部分氧化重整反应(Partial Oxidation)：

自热重整反应(Autothermal Reforming)：

水蒸汽重整法，使用该方法容易制得纯度较高的氢，但水蒸汽重整为强吸热反应，需要外部热源并且热效率较低。部分氧化重整法，使用该方法制氢的产品气纯度较低，一氧化碳浓度过高。将水蒸汽重整和部分氧化重整结合在一起的自热重整是目前将碳氢化合物类燃料重整制备氢气的重要发展方向。

板式反应器因其具有高效的传热效率和紧凑的结构等优点，自热重整制氢反应器一般选用板式反应器。自热重整的方法一般是先将碳氢化合物类燃料和水气化，并且将氧气(或空气)预热后，后将三种燃料同时输入反应器中，在一定的温度促进下，三种燃料发生反应。现有的板式反应器一般将氧气直接输入反应腔室内，由于碳氢化合物一般比较容易燃烧，在高温下与氧气接触容易产生爆炸，造成危险。氧气直接输入反应腔室的另一个弊端是，当氧气输入反应腔室内时，氧气在接触催化剂时首先接触到的物质是反应的产物CO、CO₂或H₂O等，因此在催化剂区域不再发生部分氧化重整反应，催化剂得不到应有的热量，就不能维持部分氧化反应的进行。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种具有氧气喷射结构的板式制氢反应器，在板式反应器上设有氧气喷射结构，将氧气喷入进行部分氧化重整反应的反应腔室内，使氧气跟碳氢化合物类燃料充分混合的同时也与催化剂接触，氧气与碳氢化合物类燃料反应时所释放的热量也加热了催化剂，促进了后续反应的进行；同时，将进行水蒸汽重整反应的反应物的蒸发、水蒸汽重整反应和部分氧化反应三者耦合在一起，利用部分氧化反应所释放的热量促进水蒸汽重整反应物的蒸发和反应，充分利用系统的热量的同时也实现系统不同功能的整合。

本发明中所说的燃料指的是碳氢化合物类燃料，所说的氧气包括采用纯氧气或空气。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种具有氧气喷射结构的板式制氢反应器，包括一个入口盖板和一个出口盖板，至少一个由吸热反应基板和放热反应基板组成的反应单元体，反应单元体位于两个盖板之间；

所述的吸热反应基板包括一个位于基板中央的碳氢化合物类燃料进行水蒸汽重整反应的反应腔室、分别位于反应腔室两侧并与反应腔室连通的水蒸汽重整反应的反应物流道和产物流道以及分别位于反应腔室的另外两侧的部分氧化重整反应的反应物流道和产物流道；所述吸热反应基板还设有一个氧气喷射结构，氧气喷射结构位于反应腔室与部分氧化重整反应物流道之间，包括氧气流道，氧气分布腔和氧气喷孔；氧气分布腔与氧气流道连通，氧气分布腔位于氧气喷孔上方；

所述的放热反应基板包括一个位于基板中央的碳氢化合物类燃料进行部分氧化重整反应的反应腔室、分别位于反应腔室两侧并与反应腔室连通的部分氧化重整反应的反应物流道和产物流道、分别位于反应腔室的另外两侧的水蒸汽重整反应的反应物流道和产物流道以及位于反应腔室外侧的氧气流道；

吸热反应基板覆盖在放热反应基板的表面，氧气喷射结构与放热反应基板上反应腔室的一端配合；所述吸热反应基板上的水蒸汽重整反应物流道与放热反应基板上的水蒸汽重整反应物流道连通，吸热反应基板上的水蒸汽重整产物流道与放热反应基板上的水蒸汽重整反应的产物流道连通；或者是所述吸热反应基板上的水蒸汽重整反应物流道为沉孔，所述吸热反应基板上的水蒸汽重整产物流道与放热反应基板上的水蒸汽重整反应的反应物流道连通；吸热反应基板上的部分氧化重整反应的反应物流道和产物流道分别与放热反应基板上的部分氧化重整反应的反应物流道和产物流道连通；所述吸热反应基板和放热反应基板上的氧气流道相互连通。

所述的氧气喷孔是由一排间隔一定距离的喷口组成，喷口的形状为长方形或者椭圆形；所述的氧气喷孔是由多行和多列间隔一定距离的喷口组成，喷口的形状为圆形、锥形、椭圆型、正方形或三角形；

所述的氧气喷孔是由一排间隔一定距离的长方形喷口的两端交替地彼此连接，形成蜿蜒的喷口结构；

所述入口盖板包括碳氢化合物类燃料进行水蒸汽重整反应的反应物入口和部分氧化重整反应的反应物入口以及氧气入口，所述水蒸汽重整反应物入口和部分氧化重整反应物入口分别与吸热反应基板上的水蒸汽重整反应物流道和部分氧化重整反应物流道连通，所述氧气入口与吸热反应基板上的氧气流道连通；所述出口盖板包括碳氢化合物类燃料进行水蒸汽重整反应的产物出口和部分氧化重整反应的产物出口，所述水蒸汽重整产物出口和部分氧化重整产物出口分别与放热反应基板上的水蒸汽重整产物流道和部分氧化重整产物流道连通；

所述的入口盖板包括碳氢化合物类燃料进行水蒸汽重整反应的反应物入口和产物出口以及氧气入口，还包括碳氢化合物类燃料进行部分氧化重整反应的反应物入口和产物出口；所述水蒸汽重整反应的反应物入口和产物出口分别与吸热反应基板上的水蒸汽重整反应的反应物入口和产物出口连通，部分氧化重整反应的反应物入口和产物出口分别与吸热反应基板上的部分氧化重整反应的反应物入口和产物出口连通，所述氧气入口与吸热反应基板上的氧气流道连通；

所述吸热反应基板上的水蒸汽重整反应的反应物流道为沉孔，产物流道为通孔；所述放热反应基板上的流道为通孔；所述流道形状为长方形或三角形；

所述的吸热反应基板上的反应腔室是沉槽结构，反应腔室内填涂有用于碳氢化合物类燃料进行水蒸汽重整反应的催化剂；

所述的吸热反应基板上的反应腔室是微通道结构，微通道是由一排间隔一定距离的具有一定深度的长方形沟槽组成；反应腔室用于进行碳氢化合物类燃料发生水蒸汽重整反应的反应物的蒸发，或者用于水蒸汽重整反应；用于发生水蒸汽重整反应时，微通道内填涂有用于碳氢化合物类燃料进行水蒸汽重整反应的催化剂；

所述的放热反应基板上的反应腔室为沉槽或者微通道结构，微通道是由一排间隔一定距离的具有一定深度的长方形沟槽组成；反应腔室内填涂有用于碳氢化合物类燃料进行部分氧化重整反应的催化剂。

本发明与现有的制氢反应器相比具有以下优点：

(1)板式制氢反应器中引入氧气喷射结构，使氧气与燃料充分混合的同时在催化剂作用下进行反应，有效的降低了直接混合存在爆炸的风险。

(2)整个板式制氢反应器体积小，结构紧凑，可根据需要增加或减少叠合薄板的数量，克服了传统反应器难以扩大的局限性。

(3)薄板相互叠合在一起，部分氧化重整反应促使水蒸汽重整反应的进行，从而达到自热平衡，并且所制备的氢气浓度高。

附图说明

图1是本发明实施例1的具有氧气喷射结构的板式制氢反应器结构示意图；

图2是本发明实施例1的吸热反应基板上的氧气喷射结构的横截面图；

图3是本发明实施例1的氧气喷孔的结构示意图；

图4是本发明实施例2的具有氧气喷射结构的板式制氢反应器结构示意图；

图5是本发明实施例2的氧气喷孔的结构示意图；

图6为本发明实施例2的吸热反应基板上的微通道的截面示意图；

图7是本发明实施例3的具有氧气喷射结构的板式制氢反应器的结构示意图；

图8是本发明实施例4的具有氧气喷射结构的板式制氢反应器的结构示意图；

图9是本发明实施例5的具有氧气喷射结构的板式制氢反应器的结构示意图。

图10是本发明实施例5的氧气喷孔的结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

图1是本发明的一实施例的具有氧气喷射结构的板式制氢反应器的结构示意图。该板式制氢反应器具有多个薄板叠合结构，主要包括一个入口盖板3和一个出口盖板4，至少一个由吸热反应基板1和放热反应基板2组成的反应单元体，反应单元体位于两个盖板之间。更具体地，吸热反应基板1通过吸收热量，使燃料和水混合物在催化剂作用下发生水蒸汽重整反应产生氢气；放热反应基板2通过燃料和氧气的部分氧化重整反应产生氢气，并且为吸热反应基板1提供热量；两个盖板为水蒸汽重整反应和部分氧化重整反应的反应物提供入口，以及用于水蒸汽重整反应和部分氧化重整反应的反应产物提供出口。

吸热反应基板1包括一个位于基板中央的燃料进行水蒸汽重整反应的方形反应腔室18、分别位于反应腔室18两侧并与反应腔室18连通的水蒸汽重整反应的反应物流道12和产物流道14以及分别位于反应腔室18的另外两侧的部分氧化重整反应的反应物流道11和产物流道13；并且还设有一个氧气喷射结构，氧气喷射结构位于反应腔室18与部分氧化重整反应物流道11之间，包括氧气流道17，氧气分布腔15和氧气喷孔16。其中水蒸汽重整反应的反应物流道12和产物流道14、部分氧化重整反应的反应物流道11和产物流道13均为长方形通孔，反应腔室18是沉槽结构，里面填涂有用于发生水蒸汽重整反应的催化剂19。

放热反应基板2包括一个位于基板中央的碳氢化合物类燃料进行部分氧化重整反应的方形反应腔室28、分别位于反应腔室28两侧并与反应腔室28连通的部分氧化重整反应的反应物流道21和产物流道23、分别位于反应腔室28的另外两侧的水蒸汽重整反应的反应物流道22和产物流道24以及位于反应腔室28外侧的氧气流道27。其中部分氧化重整反应的反应物流道21和产物流道23、水蒸汽重整反应的反应物流道22和产物流道24均为长方形通孔，反应腔室28是沉槽结构，里面填涂有用于发生部分氧化重整反应的催化剂29。

图2是吸热反应基板1上的氧气喷射结构的横截面图。氧气喷射结构包括氧气流道17，氧气分布腔15和氧气喷孔16。氧气分布腔15与氧气流道17连通，氧气分布腔15位于氧气喷孔16上方。氧气在板式反应器的流动过程为：当氧气在氧气流道17内流动时，部分氧气流到氧气分布腔15内，由于氧气喷孔16的截面面积小于氧气分布腔15的截面面积，在体积流量一定的情况下，当氧气由大截面进入小截面时，氧气的流速就会加快，产生喷射效果，同时氧气被分割成多股小气流，因此当氧气从喷孔16往放热反应基板2上的反应腔室28的一端进行喷射，使氧气跟碳氢化合物类燃料充分混合的同时也与催化剂接触，氧气与碳氢化合物类燃料反应时所释放的热量也加热了催化剂，促进了后续反应的进行。

图3是本实施例的氧气喷孔16的一种结构示意图，由一排间隔一定距离的长方形喷口组成，喷口的形状为长方形。该喷口的形状还可以为椭圆形。

入口盖板3包括部分氧化重整反应物入口31，水蒸汽重整反应物入口32和氧气入口37。出口盖板4包括水蒸汽重整反应产物出口44和部分氧化重整反应产物出口43。其中部分氧化重整反应物入口31、水蒸汽重整反应物入口32、氧气入口37、水蒸汽重整反应产物出口44和部分氧化重整反应产物出口43均为长方形通孔。

组成板式反应器各个薄板的叠合关系和对齐方式如下：

入口盖板3安装于吸热反应基板1的上面，入口盖板3的表面30b与吸热反应基板1的表面10a重叠在一起，并且入口盖板3的部分氧化重整反应物入口31、水蒸汽重整反应物入口32分别与吸热反应基板1上的部分氧化重整反应物流道11和水蒸汽重整反应物流道12连通，氧气入口37与吸热反应基板1上的氧气流道17连通。

吸热反应基板1安装于入口盖板3和放热反应基板2之间，吸热反应基板1的表面10b与放热反应基板2的表面20a重叠在一起，氧气喷射结构与放热反应基板上的反应腔室28的一端配合；并且吸热反应基板1上的水蒸汽重整反应的反应物流道12和产物流道14分别与放热反应基板上2的水蒸汽重整反应的反应物流道22和产物流道24连通；吸热反应基板1上的部分氧化重整反应的反应物流道11和产物流道13分别与放热反应基板2上的部分氧化重整反应的反应物流道21和产物流道23连通；吸热反应基板1的氧气流道17和放热反应基板上1的氧气流道27相互连通。

放热反应基板2安装于吸热反应基板1和出口盖板4之间，放热反应基板2的表面20b与出口盖板4的表面40a重叠在一起，并且放热反应基板2的部分氧化重整产物流道23和水蒸汽重整反应物流道24分别与出口盖板4的部分氧化重整产物出口43和水蒸汽重整产物出口44连通。

板式制氢反应器的连接方式如下：在各个薄板之间放上密封片(图中未标出)，然后加工相应的固定孔(图中未标出)，利用螺栓来锁紧。该连接方式还可以通过在各个薄板接触的表面之间先涂上熔点低于各个薄板的焊料，然后通过加温使焊料融化，冷凝后各个薄板形成紧固的一体。

当板式制氢反应器工作时，燃料经气化后，先通过入口盖板3的部分氧化重整反应物入口31，再流过吸热反应基板1上的部分氧化重整反应物流道11，然后通过放热反应基板2上的部分氧化重整反应物流道21，最后流入反应腔室28；同时氧气经预热后，先通过入口盖板3的氧气入口37，再流过吸热反应基板1上的氧气流道17，一部分氧气进入氧气分布腔15，经氧气喷孔16往放热反应基板2的反应腔室28的一端进行喷射，与进入反应腔室28的气态燃料进行充分混合并在催化剂29作用下发生反应，反应产物经放热反应基板2的部分氧化重整产物流道23流出，最后经出口盖板4上的部分氧化重整产物出口43流出反应器。

与此同时，燃料和水混合体经气化后，先通过入口盖板1的水蒸汽重整反应物入口32，再流过吸热反应基板1上的水蒸汽重整反应物流道12，然后进入反应腔室18，在催化剂19作用下和通过吸收部分氧化反应腔内发生反应时所释放热量的促进下进行反应，反应产物通过吸热反应基板1上的水蒸汽重整产物流道14流出，后通过放热反应基板2上的水蒸汽重整产物流道24，最后经出口盖板4上的水蒸汽重整产物出口44流出反应器。

板式反应器中水蒸汽重整反应物和部分氧化重整反应物的流动方向形成错流方式，因此在吸热反应基板1和放热反应基板2之间可以实现高效的热传递。

实施例2

图4是本发明的另一具有氧气喷射结构的板式制氢反应器的结构示意图。本实施例中，板式制氢反应器具有4个薄板叠合结构，包括具有与实施例1的放热反应基板2、入口盖板3和出口盖板4相同结构的放热反应基板2A、入口盖板3A和出口盖板4A，并且还包括吸热反应基板1A，主要用于燃料和水混合体的蒸发或者用于水蒸汽重整反应。

吸热反应基板1A包括一个位于基板中央的燃料进行蒸发或水蒸汽重整反应的微通道18A、分别位于微通道18A两侧并与微通道18A连通的水蒸汽重整反应的反应物流道12A和产物流道14A以及分别位于微通道18A的另外两侧的部分氧化重整反应的反应物流道11A和产物流道13A；并且还设有一个与实施例1相同结构的氧气喷射结构，氧气喷射结构位于微通道18A与部分氧化重整反应的反应物流道11A之间，包括氧气流道17A，氧气分布腔15A和氧气喷孔16A。其中水蒸汽重整反应的反应物流道12A和产物流道14A、部分氧化重整反应的反应物流道11A和产物流道13A均为长方形通孔。

图5是本实施例的氧气喷孔16A的结构示意图，由多行和多列间隔一定距离的圆形喷口组成，喷口的形状为方形。该喷口的形状还可以为锥形、椭圆型、圆形或三角形。

图6为吸热反应基板1A上的微通道18A的截面示意图，由一排间隔一定的具有一定深度的长方形沟槽组成。

本实施例中，吸热反应基板1A安装于入口盖板3A和放热反应基板2A之间，各个薄板具有与实施例1中的板式制氢反应器相同的叠合关系、对齐方式和连接方式。

本实施例中，吸热反应基板1A用于燃料和水混合物蒸发时，板式制氢反应器工作时，燃料经气化和氧气经预热后，从入口盖板3A流入，在放热反应基板2A的反应腔内发生部分氧化反应，为吸热反应基板1A提供热量，反应产物经出口盖板4A流出。同时燃料和水的混合体经入口盖板3A流入，通过吸热盖板1A上的水蒸汽重整反应物流道12A，然后流入微通道18A，在吸收放热反应基板2A所释放的热量后蒸发为气体，所蒸发的气体经水蒸汽重整产物流道14A，流过放热反应盖板2A，最后通过出口盖板4A流出。

吸热反应基板1A用于燃料的水蒸汽重整反应时，在吸热反应基板1A的微通道18A填涂上发生水蒸汽重整反应的催化剂(图中未标出)。板式制氢反应器工作时，燃料经气化和氧气经预热后，从入口盖板3A流入，在放热反应基板2A的反应腔内发生部分氧化反应，为吸热反应基板1A提供热量，反应产物经出口盖板4A流出。同时燃料和水的混合体经入口盖板3A流入，通过吸热盖板1A上的水蒸汽重整反应物流道12A，然后流入微通道18A，在吸收放热反应基板2A所释放的热量后，在催化剂作用下发生反应，反应产物经水蒸汽重整产物流道14A，流过放热反应盖板2A，最后通过出口盖板4A流出。

实施例3

图7是本发明的另一具有氧气喷射结构的板式制氢反应器的结构示意图。本实施例中，板式制氢反应器具有4个薄板叠合结构，包括具有与实施例1的吸热盖板1和放热反应基板2相同结构的吸热盖板1B和放热反应基板2B，并且还包括入口盖板3B，主要用于水蒸汽重整反应物和部分氧化重整反应物入口，并作为水蒸汽重整反应产物和部分氧化重整反应产物出口，和出口盖板4B，仅提供密封作用。

本实施例中，入口盖板3B包括部分氧化重整反应物入口31B，水蒸汽重整反应物入口32B，氧气入口37B，还包括燃料水蒸汽重整产物出口34B和部分氧化重整产物出口33B，全部入口和出口均为通孔。

本实施例中，入口盖板3B安装于吸热反应基板1B的上面，入口盖板3的表面30bB与吸热反应基板1的表面10aB重叠在一起，并且入口盖板3B上的水蒸汽重整反应物入口32B和产物出口34B分别与吸热反应基板1B上的水蒸汽重整反应物入口12B和产物出口14B连通；入口盖板3B上的部分氧化重整反应的反应物入口31B和产物出口33B分别与吸热反应基板1B的部分氧化重整反应的反应物入口11B和产物出口13B连通；入口盖板3B上的氧气入口37B与吸热反应基板1B的氧气流道17B连通。组成板式制氢反应器的其它薄板具有与实施例1中的板式制氢反应器相同的叠合关系和连接方式。

本实施例中板式制氢反应器工作时，燃料经气化和氧气经预热后，分别从入口盖板3B上的部分氧化重整反应物入口31B和氧气入口37B流入，在放热反应基板2B的反应腔内发生部分氧化反应，为吸热反应基板1B提供热量，反应产物经入口盖板3B上的部分氧化重整产物出口33B流出反应器。同时燃料和水的混合体经入口盖板3B上的水蒸汽重整反应物入口32B流入，在吸收放热反应基板2B所提供的热量下，在吸热盖板1B反应腔内发生水蒸汽重整反应，反应产物经入口盖板3B上的出口水蒸汽重整产物出口34B流出反应器。在本实施例中的出口盖板4B仅仅提供密封作用。

实施例4

图8是本发明的另一实施例的具有氧气喷射结构的板式制氢反应器的结构示意图。本实施例中，板式制氢反应器具有4个薄板叠合结构，包括具有与实施例2的吸热反应基板1A和放热反应基板2A相同结构的吸热反应基板1C和放热反应基板2C，并且还包括与实施例3的入口盖板3B和出口盖板4B相同结构的入口盖板3C和出口盖板4C。

本实施例中，组成板式制氢反应器的各个薄板具有与实施例3中的板式制氢反应器相同的叠合关系、对齐方式和连接方式。

本实施例中板式制氢反应器工作时，燃料经气化和氧气经预热后，分别从入口盖板3C上的部分氧化重整反应物入口31C和氧气入口37C流入，在放热反应基板2C的反应腔内发生部分氧化反应，为吸热反应基板1C提供热量，反应产物经入口盖板3C上的部分氧化重整产物出口33C流出反应器。同时燃料和水的混合体经入口盖板3C的水蒸汽重整反应物入口32C流入，在吸收放热反应基板2C所释放的热量下，在吸热反应基板1C内蒸发为气体或者在催化剂作用下发生水蒸汽重整反应，蒸发或反应的产物经入口盖板3C上的水蒸汽重整产物出口34C流出。在本实施例中的出口盖板4C仅仅提供密封作用。

实施例5

如图9所示，板式制氢反应器具有6个薄板叠合结构，包括具有两个与实施例1的放热反应基板2相同结构的放热反应基板2D和2d，一个与实施例1的吸热反应基板1和出口盖板4相同结构的吸热反应基板1d和出口盖板4D，并且还包括一个入口盖板3D，主要用于水蒸汽重整反应物和部分氧化重整反应物入口，和一个吸热反应基板1D，用于燃料和水混合体的蒸发。

入口盖板3D包括部分氧化重整反应物入口31D，水蒸汽重整反应物入口34D和氧气入口37D，全部入口均为通孔。

吸热反应基板1D包括一个位于基板中央的用于水蒸汽重整反应物蒸发的微通道18D、分别位于微通道18D两侧并与微通道18D连通的水蒸汽重整反应的反应物流道14D和产物流道12D以及分别位于微通道18D的另外两侧的部分氧化重整反应的反应物流道11D和产物流道13D；并且还设有一个氧气喷射结构，氧气喷射结构位于微通道18D与部分氧化重整反应物流道11D之间，包括氧气流道17D，氧气分布腔15D和氧气喷孔16D。其中水蒸汽重整反应物流道14D是长方形沉孔，即非通孔结构，而水蒸汽重整产物流道12D、部分氧化重整反应物流道11D和产物流道13D均为长方形通孔。

图10是本实施例的氧气喷孔16D的结构示意图，将一排间隔一定距离的长方形喷口的两端交替地彼此连接，形成蜿蜒的喷口结构。

本实施例中，组成板式制氢反应器的吸热反应基板1d、放热反应基板2d和出口盖板4D具有与实施例1中的板式制氢反应器中吸热反应基板1、放热反应基板2和出口盖板4相同的叠合关系、对齐方式和连接方式。

入口盖板3D安装于吸热反应基板1D的上面，入口盖板3D的表面30bD与吸热反应基板1D的表面10aD重叠在一起，并且入口盖板3的部分氧化重整反应物入口31D、水蒸汽重整反应物入口34D分别与吸热反应基板1D上的部分氧化重整反应物流道11D和水蒸汽重整反应物流道14D连通；入口盖板3的氧气入口37D与吸热反应基板1D上的氧气流道17D连通。

吸热反应基板1D安装于入口盖板3D和放热反应基板2D之间，吸热反应基板1D的表面10bD与放热反应基板2D的表面20ad重叠在一起，并且吸热反应基板1D上的水蒸汽重整产物流道12D与放热反应基板2D上的水蒸汽重整反应物流道22D连通；吸热反应基板1D上的部分氧化重整反应的反应物流道11D和产物流道13D分别与放热反应基板2D上的部分氧化重整反应的反应物流道21D和产物流道23D连通；吸热反应基板1D上的氧气流道17D与放热反应基板2D上的氧气流道27D连通。

放热反应基板2D的表面20bD与吸热盖板1d的表面10ad重叠在一起，并且放热反应基板2D上的水蒸汽重整反应的反应物流道22D和产物流道24D分别与吸热反应基板1d上的水蒸汽重整反应的反应物流道12d和产物流道14d连通；放热反应基板2D上的部分氧化重整反应的反应物流道21D和产物流道23D分别与吸热反应基板1d上的部分氧化重整反应的反应物流道11d和产物流道13d连通；放热反应基板2D上的氧气流道27D与吸热反应基板1d上的氧气流道17d连通。

本实施例中板式制氢反应器工作时，燃料经气化和氧气经预热后，分别从入口盖板3D上的部分氧化重整反应物入口31D和氧气入口37D流入，并分别流入放热反应基板2D和2d的反应腔内发生部分氧化反应，分别为吸热反应基板1D和1d提供热量，反应产物经出口盖板4D流出反应器。同时燃料和水的混合体经入口盖板3D上的水蒸汽重整反应物入口34D流入，先流入吸热盖板1D上的水蒸汽重整反应物流道14D，然后进入微通道18D内，在吸收放热反应基板2D所释放的热量下蒸发为气体，所蒸发的气体经吸热盖板上的水蒸汽重整产物流道12D流出，然后经过放热反应基板2D上的水蒸汽重整反应物流道22D，流入到吸热反应基板1d上的水蒸汽重整反应物流道12d，流入反应腔内，在吸收放热反应基板2d所释放的热量下，在反应腔内发生水蒸汽重整反应，经吸热反应基板1d上的水蒸汽重整产物流道14d流出，经过放热反应基板2d上的流道和出口盖板4D上的出口流出反应器。

Claims (10)

1、一种具有氧气喷射结构的板式制氢反应器，包括一个入口盖板和一个出口盖板，至少一个由吸热反应基板和放热反应基板组成的反应单元体，反应单元体位于两个盖板之间，其特征在于：所述的吸热反应基板包括一个位于基板中央的碳氢化合物类燃料进行水蒸汽重整反应的反应腔室、分别位于反应腔室两侧并与反应腔室连通的水蒸汽重整反应的反应物流道和产物流道以及分别位于反应腔室的另外两侧的部分氧化重整反应的反应物流道和产物流道；所述吸热反应基板还设有一个氧气喷射结构，氧气喷射结构位于反应腔室与部分氧化重整反应物流道之间，包括氧气流道，氧气分布腔和氧气喷孔；氧气分布腔与氧气流道连通，氧气分布腔位于氧气喷孔上方；

所述的放热反应基板包括一个位于基板中央的碳氢化合物类燃料进行部分氧化重整反应的反应腔室、分别位于反应腔室两侧并与反应腔室连通的部分氧化重整反应的反应物流道和产物流道、分别位于反应腔室的另外两侧的水蒸汽重整反应的反应物流道和产物流道以及位于反应腔室外侧的氧气流道；

吸热反应基板覆盖在放热反应基板的表面，氧气喷射结构与放热反应基板上反应腔室的一端配合；所述吸热反应基板上的水蒸汽重整反应物流道与放热反应基板上的水蒸汽重整反应物流道连通，吸热反应基板上的水蒸汽重整产物流道与放热反应基板上的水蒸汽重整反应的产物流道连通；或者是所述吸热反应基板上的水蒸汽重整反应物流道为沉孔，吸热反应基板上的水蒸汽重整产物流道与放热反应基板上的水蒸汽重整反应的反应物流道连通；吸热反应基板上的部分氧化重整反应的反应物流道和产物流道分别与放热反应基板上的部分氧化重整反应的反应物流道和产物流道连通；所述吸热反应基板和放热反应基板上的氧气流道相互连通。

2、根据权利要求1所述的一种具有氧气喷射结构的板式制氢反应器，其特征在于：所述的氧气喷孔是由一排间隔一定距离的喷口组成，喷口的形状为长方形或者椭圆形。

3、根据权利要求1所述的一种具有氧气喷射结构的板式制氢反应器，其特征在于：所述的氧气喷孔是由多行和多列间隔一定距离的喷口组成，喷口的形状为圆形、锥形、椭圆型、正方形或三角形。

4、根据权利要求1所述的一种具有氧气喷射结构的板式制氢反应器，其特征在于：所述的氧气喷孔是由一排间隔一定距离的长方形喷口的两端交替地彼此连接，形成蜿蜒的喷口结构。

5、根据权利要求1～4任一项所述的一种具有氧气喷射结构的板式制氢反应器，其特征在于：所述入口盖板包括碳氢化合物类燃料进行水蒸汽重整反应的反应物入口和部分氧化重整反应的反应物入口以及氧气入口，所述水蒸汽重整反应物入口和部分氧化重整反应物入口分别与吸热反应基板上的水蒸汽重整反应物流道和部分氧化重整反应物流道连通，所述氧气入口与吸热反应基板上的氧气流道连通；所述出口盖板包括碳氢化合物类燃料进行水蒸汽重整反应的产物出口和部分氧化重整反应的产物出口，所述水蒸汽重整产物出口和部分氧化重整产物出口分别与放热反应基板上的水蒸汽重整产物流道和部分氧化重整产物流道连通。

6、根据权利要求1～4任一项所述的一种具有氧气喷射结构的板式制氢反应器，其特征在于：所述的入口盖板包括碳氢化合物类燃料进行水蒸汽重整反应的反应物入口和产物出口以及氧气入口，还包括碳氢化合物类燃料进行部分氧化重整反应的反应物入口和产物出口；所述水蒸汽重整反应的反应物入口和产物出口分别与吸热反应基板上的水蒸汽重整反应的反应物入口和产物出口连通，部分氧化重整反应的反应物入口和产物出口分别与吸热反应基板上的部分氧化重整反应的反应物入口和产物出口连通，所述氧气入口与吸热反应基板上的氧气流道连通。

7、根据权利要求1～4任一项所述的一种具有氧气喷射结构的板式制氢反应器，其特征在于：所述吸热反应基板上的水蒸汽重整反应的反应物流道为沉孔，产物流道为通孔；所述放热反应基板上的流道为通孔；所述流道形状为长方形或三角形。

8、根据权利要求1～4任一项所述的一种具有氧气喷射结构的板式制氢反应器，其特征在于：所述的吸热反应基板上的反应腔室是沉槽结构，反应腔室内填涂有用于碳氢化合物类燃料进行水蒸汽重整反应的催化剂。

9、根据权利要求1～4任一项所述的一种具有氧气喷射结构的板式制氢反应器，其特征在于：所述的吸热反应基板上的反应腔室是微通道结构，微通道是由一排间隔一定距离的具有一定深度的长方形沟槽组成；反应腔室用于进行碳氢化合物类燃料发生水蒸汽重整反应的反应物的蒸发，或者用于水蒸汽重整反应；用于发生水蒸汽重整反应时，微通道内填涂有用于碳氢化合物类燃料进行水蒸汽重整反应的催化剂。

10、根据权利要求1所述的一种具有氧气喷射结构的板式制氢反应器，其特征在于：所述的放热反应基板上的反应腔室为沉槽或者微通道结构，微通道是由一排间隔一定距离的具有一定深度的长方形沟槽组成；反应腔室内填涂有用于碳氢化合物类燃料进行部分氧化重整反应的催化剂。

Images