CN201206102Y - 层叠式自热微制氢反应器 - Google Patents

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赵杰
吕涛
丁福臣
徐新
蒋力培
朱家雷
李峰
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Abstract

一种层叠式自热微制氢反应器，主要由上盖板(1)，微通道芯片(2)和下盖板(3)组成，其中制氢反应器中所设置的吸热反应芯片(21)和放热反应芯片(22)采用同一结构形式的微通道芯片(2)，二者在装配中相邻，呈错流排列，并涂敷或沉积以不同的催化剂；上盖板(1)，下盖板(3)和系列微通道芯片(2)装配时用半销钉穿过半定位销孔(11)、(31)、(26)进行定位，经真空扩散焊或其他紧固方式连接成一结构整体。本实用新型结构简单、紧凑，造价低廉，结构形式易于扩大，便于安装。

Description

层叠式自热微制氢反应器
技术领域
本实用新型涉及一种制氢反应器，尤其是采用金属芯片层叠式结构的微型自热制氢反应器。
背景技术
传统的制氢反应器体积庞大、燃料处理设备中存储着大量能量，具有很大的危险性。而薄片层叠式微反应器是微流体介质间进行传质、传热、发生化学反应的微化工设备。通过微加工和精密加工技术制造的微型反应器，具有比表面积高，传热和传质效果好、尺寸小、安全因子高、有利于放大等优点，同时，能够利用不同的催化剂实现放热反应和吸热反应的耦合，不需外界提供能量，适用于汽车上或移动电源使用。此外，采用微反应器制氢也解决了液氢储备的难题，微反应器制氢在氢能源行业有着无法估量的前景。因此，设计一种全新的层叠式自热微制氢反应器是十分必要的。
发明内容
根据背景技术所述，本实用新型目的在于避免上述不足，提供一种将多片具有不同形式的金属薄片相互层叠在一起，层叠薄片之间的微通道形成反应物和产物的流道，每片微反应芯片根据不同反应机理涂敷或沉积不同的催化剂，实现吸热反应与放热反应耦合的自供热式微通道反应器，整个反应器经焊接或其他紧固方式连接成单一的密封部件，而且体积小、结构紧凑、可移动的薄片层叠自热式制氢微反应器。
为了实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案来实现的：
一种层叠式自热微制氢反应器，主要由上盖板(1)，微通道芯片(2)和下盖板(3)组成，其中：微制氢反应器中设置有吸热反应芯片(21)和放热反应芯片(22)，二者采用同一结构形式的微通道芯片(2)，其芯片采用厚度为0.5mm～1mm金属基板(28)，其上制有单面方形长为30mm，宽为0.3mm～0.5mm，深为0.25mm～0.5mm的微通道(24)50条，其入口流体分布通道(23)和换热通道(25)为穿透结构，其出口流体收集通道(27)和微通道(24)为单面方形直通道结构，在芯片四边中部制有半定位销孔(26)，吸热反应芯片(21)与放热反应芯片(22)装配时相邻两反应芯片呈错流排列，并涂敷或沉积不同催化剂；上盖板(1)上设置有半定位销孔(11)、固定螺栓孔(12)、产品气出口流体收集器(13)、废热出口(14)、出口热量收集器(15)和产品气出口(16)；下盖板(3)上设置有半定位销孔(31)、固定螺栓孔(32)、原料入口流体分布器(33)、燃料入口(34)、燃料入口流体分布器(35)和原料入口(36)，总体层叠形装配时用销钉穿过半定位销孔(11)、(31)、(26)进行定位，经真空扩散焊或其他紧固方式连接成单一的密封整体，通过固定螺栓孔(12)、(32)固定在使用位置。
由于采用了上述技术方案，本实用新型具有以下优点和效果：
1、本实用新型不需外界热源，运用微通道芯片交错布置实现催化吸热和放热反应耦合，反应器体积小，使用方便，便于移动式使用，而且环保性能好。
2、本实用新型结构简单、紧凑，造价低廉，结构形式易于放大，便于安装。
附图说明
图1为本实用新型结构总体示意图
图2为本实用新型结构总体分解示意图
图3为本实用新型微通道芯片示意图
图4为本实用新型上盖板结构示意图
图5为本实用新型下盖板结构示意图
具体实施方式
由图1至图5示出，一种层叠式自热微制氢反应器，主要由上盖板1，微通道芯片2和下盖板3组成，其中：微制氢反应器中设置有吸热反应芯片21和放热反应芯片22，二者采用同一结构形式的微通道芯片2，其芯片采用厚度为0.5mm～1mm的不锈钢或铁铬镍合金金属基板28，其上制有单面方形长为30mm，宽为0.3mm～0.5mm，深为0.25mm～0.5mm的微通道50条，其入口流体分布通道23和换热通道25为穿透结构，其出口流体收集通道27和微通道24为单面方形直通道结构，在芯片四边中部制有半定位销孔26，吸热反应芯片21与放热反应芯片22装配时相邻两反应芯片呈错流排列，并涂敷或沉积不同催化剂；上盖板1上设置有半定位销孔11、固定螺栓孔12、产品气出口流体收集器13、废热出口14、出口热量收集器15和产品气出口16；下盖板3上设置有半定位销孔31、固定螺栓孔32、原料入口流体分布器33、燃料入口34、燃料入口流体分布器35和原料入口36，总体层叠形装配时用销钉穿过半定位销孔11、31、26进行定位，经真空扩散焊或其他紧固方式连接成单一的密封整体，通过固定螺栓孔12、32固定在使用位置。
另知，对于结构中相邻两芯片，涂敷或沉积不同的催化剂以实现放热反应和吸热反应的原位耦合，其中：吸热反应芯片21涂敷催化剂的主要成分是Au-Ti氧化物，放热反应芯片22涂敷催化剂主要为Pt。微通道芯片2上的催化剂可以在封装前采用气相沉积技术进行负载，也可在封装完成后采用浆态灌装技术在反应通道壁面形成涂层。
微制氢的原料主要为甲醇或其他的碳氢化合物，所制氢气的产量可以通过调节层叠芯片的数量，而不需要作任何结构形式上的改变。
本实用新型微通道芯片2所以优先选取金属材料是考虑到这些材料有良好的可焊性。
微通道芯片2内的微通道是层叠结构内进行反应和换热的区域，在燃料处理系统中引入微通道阵列，有效强化了质量和热量传递过程，并且大大提高流体与通道接触的比表面积，提高反应速率，减小了系统体积，同时这种微通道结构还有效地抑制火焰的扩展，使反应在爆炸范围内安全进行。
上盖板1和下盖板3的材料与微通道芯片2的材料相同。
图2示出原料流向29和燃料流向30。

Claims (2)

1、一种层叠式自热微制氢反应器，主要由上盖板(1)，微通道芯片(2)和下盖板(3)组成，其特征在于:微制氢反应器中设置有吸热反应芯片(21)和放热反应芯片(22)，二者采用同一结构形式的微通道芯片(2)，其芯片采用厚度为0.5mm～1mm金属基板(28)，其上制有单面方形长为30mm，宽为0.3mm～0.5mm，深为0.25mm～0.5mm的微通道(24)50条，其入口流体分布通道(23)和换热通道(25)为穿透结构，其出口流体收集通道(27)和微通道(24)为单面方形直通道结构，在芯片四边中部制有半定位销孔(26)，吸热反应芯片(21)与放热反应芯片(22)装配时相邻两反应芯片呈错流排列，并涂敷或沉积不同催化剂；上盖板(1)上设置有半定位销孔(11)、固定螺栓孔(12)、产品气出口流体收集器(13)、废热出口(14)、出口热量收集器(15)和产品气出口(16)；下盖板(3)上设置有半定位销孔(31)、固定螺栓孔(32)、原料入口流体分布器(33)、燃料入口(34)、燃料入口流体分布器(35)和原料入口(36)，总体层叠形装配时用销钉穿过半定位销孔(11)、(31)、(26)进行定位，经真空扩散焊或其他紧固方式连接成单一的密封整体，通过固定螺栓孔(12)、(32)固定在使用位置。
2、根据权利要求1所述的层叠式自热微制氢反应器，其特征在于:吸热反应芯片(21)涂敷催化剂的主要成分是Au-Ti氧化物，放热反应芯片(22)涂敷催化剂主要为Pt。
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