專利名稱：螺旋多層筒式微型催化重整反應器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種適用于氣體反應的重整反應器，尤其涉及一種螺旋多層筒式微型催化重整反應器。
背景技術：
隨著微電子機械系統(MEMS)技術日新月異的發展，微器械對許多領域的影響日趨明顯，裝置的微型化與微型系統的研究已經成為當今研究的重要課題。國內外學者和專家對這一課題做了大量的研究和探索，但離實際應用還有一定差距。微型燃燒器是微電子機械系統的核心組成部分，對微電子機械系統的性能產生重大的影響，微型燃燒器具有體積小，能量密度高等優點，為了達到能量密度高，碳氫燃料成了首選，然而在微細空間內碳氫燃料的燃燒遇到了燃燒空間太小、燃燒時間太短而導致的燃燒不穩定和不充分等問題。由于氫氣本身具有的高反應率、高熱值和高擴散性能強化燃燒，在甲烷的燃燒過程中如果有適量氫氣的存在，就能顯著改善燃料的著火、燃燒及排放特性，尤其是在微型燃燒器中對穩燃起的作用更加明顯，因而通過甲烷重整反應產生氫氣來改善燃燒過程成為國內外學者和科研工作者的熱門研究課題。但現有的一些微型重整反應器會有如下不足一、散熱損失嚴重；二、氣體預混合不夠充分；三、由于反應路徑太短而導致重整反應不夠充分；四、反應器結構復雜，活動構件太多，加工困難。
實用新型內容針對現有技術存在的上述不足，本實用新型提供了一種與氣源連接方便，能夠使微小流量氣體快速高效混合并發生催化重整反應的螺旋多層筒式微型催化重整反應器。本實用新型的目的是這樣實現的螺旋多層筒式微型催化重整反應器，包括由上面板、與上面板平行的下底板以及外圓筒組成的密封筒；所述密封筒內、且在上面板上設有多個與密封筒同軸線的上內圓筒，所述密封筒內、且在下底板上設有與上內圓筒數量相等并與密封筒同軸線的下內圓筒，所述上內圓筒與下內圓筒交錯布置，所述上內圓筒和下內圓筒的高度小于上面板和下底板之間的距離，且最內側一層為下內圓筒，最內側的下內圓筒伸出下底板，伸出端為排氣口 ；所述外圓筒與上內圓筒之間以及上內圓筒與下內圓筒之間形成環形反應通道；在外圓筒的外圓周上、且靠近上面板沿外圓筒的切線方向設有多個與環形反應通道連通的空氣進氣管，在外圓筒的外圓周上、相鄰兩個空氣進氣管之間沿外圓筒的切線方向設有與環形反應通道連通的燃氣進氣管。進一步，所述外圓筒的內壁以及上內圓筒和下內圓筒的內外壁上分別設有呈螺旋型結構的導流板；進一步，所述導流板沿氣體流動的方向斜向設置；再進一步，所述外圓筒的內壁、上內圓筒和下內圓筒的內外壁上以及導流板上涂敷Ni基催化劑。本實用新型的螺旋多層筒式微型催化重整反應器與現有技術相比，具有如下優點。1.用螺旋多層筒式作為重整反應器，大大簡化了微小空間內的螺旋多通道復雜結構反應器的制作，無任何活動部件，制作簡單，安裝方便。2.多層圓筒和其上的導流板增加了催化壁面表面積、延長了反應路徑，使反應時間大幅提高，提高了反應效率，有利于減小微型燃燒器的整體尺寸。3.多層圓筒組成的環形反應通道，各圓筒壁面均涂覆催化劑，相對減少了整個催化壁面與周圍低溫環境的接觸面積的比例，降低了散熱損失。4.圓筒及螺旋型結構的導流板組成連續上升或下降的未封閉通道，使每層之間的流體沿該通道螺旋前進，大大延長小空間內反應氣體的運動路徑和反應時間。5.進氣管沿外圓筒的切線方向設置，氣體進入環形反應通道內形成旋流預混，并使流體貼壁運動，加速氣流向催化壁面的擴散，延長流體運動路徑。同時也加長了入口管道間的間距，使管道的連接更方便。
圖1為螺旋多層筒式微型催化重整反應器的結構示意圖；圖2為圖1中沿A-A方向的剖面視圖；圖3為螺旋多層筒式微型催化重整反應器的俯視圖。附圖中1 一上面板；2—下底板；3—外圓筒；4一上內圓筒；5—下內圓筒； 6-環形反應通道；7—排氣口； 81—空氣進氣管；82—燃氣進氣管；9一導流板。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細地說明。圖1為螺旋多層筒式微型催化重整反應器的結構示意圖，圖2為圖1中沿A-A方向的剖面視圖，圖3為螺旋多層筒式微型催化重整反應器的俯視圖，如圖所示。螺旋多層筒式微型催化重整反應器，包括由上面板1、與上面板1平行的下底板2以及外圓筒3組成的密封筒。密封筒內、且在上面板1上設有多個與密封筒同軸線的上內圓筒4 (本實施例中， 僅畫出了兩個內圓筒)，密封筒內、且在下底板2上設有與上內圓筒4數量相等并與密封筒同軸線的下內圓筒5 (本實施例中，內圓筒為兩個)，上內圓筒4與下內圓筒5交錯布置，上內圓筒4和下內圓筒5的高度小于上面板1和下底板2之間的距離，且最內側一層為下內圓筒，最內側一層的下內圓筒伸出下底板2，伸出端為排氣口 7。外圓筒3與上內圓筒4之間以及上內圓筒4與下內圓筒5之間形成環形反應通道6。在外圓筒3的外圓周上、且靠近上面板1沿外圓筒3的切線方向設有多個與環形反應通道6連通的空氣進氣管81，在外圓筒3的外圓周上、相鄰兩個空氣進氣管81之間沿外圓筒3的切線方向設有與環形反應通道 6連通的燃氣進氣管82，即空氣進氣管81和燃氣進氣管82為交叉分布(在本實施例中，沿外圓筒3的切線方向上設有六個空氣進氣管81和六個燃氣進氣管82，空氣進氣管81和燃氣進氣管82是交叉分布的)。外圓筒3的內壁以及上內圓筒4和下內圓筒5的內外壁上分別設有呈螺旋型結構的導流板9，導流板9沿氣體流動的方向斜向設置，外圓筒3的內壁、上內圓筒4和下內圓筒 5的內外壁上以及導流板9上涂敷Ni基催化劑。圓筒及螺旋型結構的導流板9形成未封閉的螺旋上升或者下降的環形反應通道6，使環形反應通道6內的流體沿該通道螺旋前進，大大延長了小空間內反應氣體的運動路徑和反應時間，提高了燃氣和空氣的混合質量。沿外圓筒3的切線方向上設置的空氣進氣管81和燃氣進氣管82，空氣進氣管81 和燃氣進氣管82與氣源連接簡單，有效地解決并簡化了燃氣進氣孔、空氣進氣孔與氣源連接困難的問題。使用該螺旋多層筒式微型催化重整反應器，首先將外圓筒3外的空氣進氣管81和燃氣進氣管82分別與空氣氣源和燃氣氣源連接，空氣和燃氣沿外圓筒3的切線方向進入環形反應通道6內，在導流板9的引導下，在環形反應通道6內成旋流預混，并使流體貼壁運動，加速氣流向催化壁面的擴散，在M基催化劑的作用下發生催化重整反應，反應產生的吐和CO從排氣口 7排出。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
權利要求1.一種螺旋多層筒式微型催化重整反應器，其特征在于包括由上面板(1)、與上面板 (1)平行的下底板(2)以及外圓筒(3)組成的密封筒；所述密封筒內、且在上面板(1)上設有多個與密封筒同軸線的上內圓筒(4)，所述密封筒內、且在下底板(2)上設有與上內圓筒 (4)數量相等并與密封筒同軸線的下內圓筒(5)，所述上內圓筒(4)與下內圓筒(5)交錯布置，所述上內圓筒(4)和下內圓筒(5)的高度小于上面板(1)和下底板(2)之間的距離，且最內側一層為下內圓筒，最內側的下內圓筒伸出下底板(2)，伸出端為排氣口(7);所述外圓筒(3)與上內圓筒(4)之間以及上內圓筒(4)與下內圓筒(5)之間形成環形反應通道(6)； 在外圓筒(3)的外圓周上、且靠近上面板(1)沿外圓筒(3)的切線方向設有多個與環形反應通道(6)連通的空氣進氣管(81)，在外圓筒(3)的外圓周上、相鄰兩個空氣進氣管(81)之間沿外圓筒(3)的切線方向設有與環形反應通道(6)連通的燃氣進氣管(82)。
2.根據權利要求2所述的螺旋多層筒式微型催化重整反應器，其特征在于所述外圓筒(3)的內壁以及上內圓筒(4)和下內圓筒(5)的內外壁上分別設有呈螺旋型結構的導流板(9)。
3.根據權利要求1或2所述的螺旋多層筒式微型催化重整反應器，其特征在于所述導流板(9)沿氣體流動的方向斜向設置。
4.根據權利要求3所述的螺旋多層筒式微型催化重整反應器，其特征在于所述外圓筒(3)的內壁、上內圓筒(4)和下內圓筒(5)的內外壁上以及導流板(9)上涂敷Ni基催化劑。
專利摘要本實用新型公開了一種螺旋多層筒式微型催化重整反應器，包括由上面板、下底板及外圓筒組成的密封筒；上面板上設有多個同軸線的上內圓筒，下底板上設有與上內圓筒數量相等、且與下內圓筒交錯布置的同軸線的下內圓筒，上內圓筒和下內圓筒的高度小于上面板和下底板之間的距離，最內側的下內圓筒伸出下底板；外圓筒與上內圓筒之間以及上內圓筒與下內圓筒之間形成環形反應通道；在外圓筒上沿切線方向設有多個與環形反應通道連通的進氣管。本實用新型將上底板和下面板上交叉設有的內圓筒，外圓筒及螺旋型導流板組成連續上升或下降的通道，使通道內的流體沿該通道螺旋前進，大大延長了小空間內反應氣體的運動路徑和反應時間，提高燃氣和空氣的混合質量。
文檔編號B01J19/00GK201997324SQ20112007504
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月21日 優先權日2011年3月21日
發明者冉景煜, 劉科, 張力, 張磊, 蒲舸, 閆云飛 申請人:重慶大學