专利名称：螺旋多层筒式微型催化重整反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种适用于气体反应的重整反应器，尤其涉及一种螺旋多层筒式微型催化重整反应器。
背景技术：
随着微电子机械系统(MEMS)技术日新月异的发展，微器械对许多领域的影响日趋明显，装置的微型化与微型系统的研究已经成为当今研究的重要课题。国内外学者和专家对这一课题做了大量的研究和探索，但离实际应用还有一定差距。微型燃烧器是微电子机械系统的核心组成部分，对微电子机械系统的性能产生重大的影响，微型燃烧器具有体积小，能量密度高等优点，为了达到能量密度高，碳氢燃料成了首选，然而在微细空间内碳氢燃料的燃烧遇到了燃烧空间太小、燃烧时间太短而导致的燃烧不稳定和不充分等问题。由于氢气本身具有的高反应率、高热值和高扩散性能强化燃烧，在甲烷的燃烧过程中如果有适量氢气的存在，就能显著改善燃料的着火、燃烧及排放特性，尤其是在微型燃烧器中对稳燃起的作用更加明显，因而通过甲烷重整反应产生氢气来改善燃烧过程成为国内外学者和科研工作者的热门研究课题。但现有的一些微型重整反应器会有如下不足一、散热损失严重；二、气体预混合不够充分；三、由于反应路径太短而导致重整反应不够充分；四、反应器结构复杂，活动构件太多，加工困难。
实用新型内容针对现有技术存在的上述不足，本实用新型提供了一种与气源连接方便，能够使微小流量气体快速高效混合并发生催化重整反应的螺旋多层筒式微型催化重整反应器。本实用新型的目的是这样实现的螺旋多层筒式微型催化重整反应器，包括由上面板、与上面板平行的下底板以及外圆筒组成的密封筒；所述密封筒内、且在上面板上设有多个与密封筒同轴线的上内圆筒，所述密封筒内、且在下底板上设有与上内圆筒数量相等并与密封筒同轴线的下内圆筒，所述上内圆筒与下内圆筒交错布置，所述上内圆筒和下内圆筒的高度小于上面板和下底板之间的距离，且最内侧一层为下内圆筒，最内侧的下内圆筒伸出下底板，伸出端为排气口 ；所述外圆筒与上内圆筒之间以及上内圆筒与下内圆筒之间形成环形反应通道；在外圆筒的外圆周上、且靠近上面板沿外圆筒的切线方向设有多个与环形反应通道连通的空气进气管，在外圆筒的外圆周上、相邻两个空气进气管之间沿外圆筒的切线方向设有与环形反应通道连通的燃气进气管。进一步，所述外圆筒的内壁以及上内圆筒和下内圆筒的内外壁上分别设有呈螺旋型结构的导流板；进一步，所述导流板沿气体流动的方向斜向设置；再进一步，所述外圆筒的内壁、上内圆筒和下内圆筒的内外壁上以及导流板上涂敷Ni基催化剂。本实用新型的螺旋多层筒式微型催化重整反应器与现有技术相比，具有如下优点。1.用螺旋多层筒式作为重整反应器，大大简化了微小空间内的螺旋多通道复杂结构反应器的制作，无任何活动部件，制作简单，安装方便。2.多层圆筒和其上的导流板增加了催化壁面表面积、延长了反应路径，使反应时间大幅提高，提高了反应效率，有利于减小微型燃烧器的整体尺寸。3.多层圆筒组成的环形反应通道，各圆筒壁面均涂覆催化剂，相对减少了整个催化壁面与周围低温环境的接触面积的比例，降低了散热损失。4.圆筒及螺旋型结构的导流板组成连续上升或下降的未封闭通道，使每层之间的流体沿该通道螺旋前进，大大延长小空间内反应气体的运动路径和反应时间。5.进气管沿外圆筒的切线方向设置，气体进入环形反应通道内形成旋流预混，并使流体贴壁运动，加速气流向催化壁面的扩散，延长流体运动路径。同时也加长了入口管道间的间距，使管道的连接更方便。
图1为螺旋多层筒式微型催化重整反应器的结构示意图；图2为图1中沿A-A方向的剖面视图；图3为螺旋多层筒式微型催化重整反应器的俯视图。附图中1 一上面板；2—下底板；3—外圆筒；4一上内圆筒；5—下内圆筒； 6-环形反应通道；7—排气口； 81—空气进气管；82—燃气进气管；9一导流板。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细地说明。图1为螺旋多层筒式微型催化重整反应器的结构示意图，图2为图1中沿A-A方向的剖面视图，图3为螺旋多层筒式微型催化重整反应器的俯视图，如图所示。螺旋多层筒式微型催化重整反应器，包括由上面板1、与上面板1平行的下底板2以及外圆筒3组成的密封筒。密封筒内、且在上面板1上设有多个与密封筒同轴线的上内圆筒4 (本实施例中， 仅画出了两个内圆筒)，密封筒内、且在下底板2上设有与上内圆筒4数量相等并与密封筒同轴线的下内圆筒5 (本实施例中，内圆筒为两个)，上内圆筒4与下内圆筒5交错布置，上内圆筒4和下内圆筒5的高度小于上面板1和下底板2之间的距离，且最内侧一层为下内圆筒，最内侧一层的下内圆筒伸出下底板2，伸出端为排气口 7。外圆筒3与上内圆筒4之间以及上内圆筒4与下内圆筒5之间形成环形反应通道6。在外圆筒3的外圆周上、且靠近上面板1沿外圆筒3的切线方向设有多个与环形反应通道6连通的空气进气管81，在外圆筒3的外圆周上、相邻两个空气进气管81之间沿外圆筒3的切线方向设有与环形反应通道 6连通的燃气进气管82，即空气进气管81和燃气进气管82为交叉分布(在本实施例中，沿外圆筒3的切线方向上设有六个空气进气管81和六个燃气进气管82，空气进气管81和燃气进气管82是交叉分布的)。外圆筒3的内壁以及上内圆筒4和下内圆筒5的内外壁上分别设有呈螺旋型结构的导流板9，导流板9沿气体流动的方向斜向设置，外圆筒3的内壁、上内圆筒4和下内圆筒 5的内外壁上以及导流板9上涂敷Ni基催化剂。圆筒及螺旋型结构的导流板9形成未封闭的螺旋上升或者下降的环形反应通道6，使环形反应通道6内的流体沿该通道螺旋前进，大大延长了小空间内反应气体的运动路径和反应时间，提高了燃气和空气的混合质量。沿外圆筒3的切线方向上设置的空气进气管81和燃气进气管82，空气进气管81 和燃气进气管82与气源连接简单，有效地解决并简化了燃气进气孔、空气进气孔与气源连接困难的问题。使用该螺旋多层筒式微型催化重整反应器，首先将外圆筒3外的空气进气管81和燃气进气管82分别与空气气源和燃气气源连接，空气和燃气沿外圆筒3的切线方向进入环形反应通道6内，在导流板9的引导下，在环形反应通道6内成旋流预混，并使流体贴壁运动，加速气流向催化壁面的扩散，在M基催化剂的作用下发生催化重整反应，反应产生的吐和CO从排气口 7排出。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种螺旋多层筒式微型催化重整反应器，其特征在于包括由上面板(1)、与上面板 (1)平行的下底板(2)以及外圆筒(3)组成的密封筒；所述密封筒内、且在上面板(1)上设有多个与密封筒同轴线的上内圆筒(4)，所述密封筒内、且在下底板(2)上设有与上内圆筒 (4)数量相等并与密封筒同轴线的下内圆筒(5)，所述上内圆筒(4)与下内圆筒(5)交错布置，所述上内圆筒(4)和下内圆筒(5)的高度小于上面板(1)和下底板(2)之间的距离，且最内侧一层为下内圆筒，最内侧的下内圆筒伸出下底板(2)，伸出端为排气口(7);所述外圆筒(3)与上内圆筒(4)之间以及上内圆筒(4)与下内圆筒(5)之间形成环形反应通道(6)； 在外圆筒(3)的外圆周上、且靠近上面板(1)沿外圆筒(3)的切线方向设有多个与环形反应通道(6)连通的空气进气管(81)，在外圆筒(3)的外圆周上、相邻两个空气进气管(81)之间沿外圆筒(3)的切线方向设有与环形反应通道(6)连通的燃气进气管(82)。
2.根据权利要求2所述的螺旋多层筒式微型催化重整反应器，其特征在于所述外圆筒(3)的内壁以及上内圆筒(4)和下内圆筒(5)的内外壁上分别设有呈螺旋型结构的导流板(9)。
3.根据权利要求1或2所述的螺旋多层筒式微型催化重整反应器，其特征在于所述导流板(9)沿气体流动的方向斜向设置。
4.根据权利要求3所述的螺旋多层筒式微型催化重整反应器，其特征在于所述外圆筒(3)的内壁、上内圆筒(4)和下内圆筒(5)的内外壁上以及导流板(9)上涂敷Ni基催化剂。
专利摘要本实用新型公开了一种螺旋多层筒式微型催化重整反应器，包括由上面板、下底板及外圆筒组成的密封筒；上面板上设有多个同轴线的上内圆筒，下底板上设有与上内圆筒数量相等、且与下内圆筒交错布置的同轴线的下内圆筒，上内圆筒和下内圆筒的高度小于上面板和下底板之间的距离，最内侧的下内圆筒伸出下底板；外圆筒与上内圆筒之间以及上内圆筒与下内圆筒之间形成环形反应通道；在外圆筒上沿切线方向设有多个与环形反应通道连通的进气管。本实用新型将上底板和下面板上交叉设有的内圆筒，外圆筒及螺旋型导流板组成连续上升或下降的通道，使通道内的流体沿该通道螺旋前进，大大延长了小空间内反应气体的运动路径和反应时间，提高燃气和空气的混合质量。
文档编号B01J19/00GK201997324SQ20112007504
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月21日 优先权日2011年3月21日
发明者冉景煜, 刘科, 张力, 张磊, 蒲舸, 闫云飞 申请人:重庆大学