一种小型化甲醇重整制氢反应装置的制作方法

1.本发明涉及甲醇重整制氢技术领域，特别是涉及一种小型化甲醇重整制氢反应装置。


背景技术：

2.燃料电池一般采用甲醇重整制氢技术生产富氢气体以满足发电需求，由于移动式燃料电池的更新和普及，燃料电池的体积也需要进行进一步的调整与优化，这就对其中的甲醇重整制氢反应装置提出了更高的结构要求。现有甲醇重整制氢反应装置的内部结构复杂、整体体积过大，无法很好的适应各种移动式燃料电池的应用场景；同时现有甲醇重整制氢反应装置内的催化剂层为固定式结构，催化剂层中的反应催化剂无法及时得到更换只能随着装置的使用逐渐损耗并在最终整体更换催化剂层，用户的使用体验较差，也不利于提升反应效果。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种小型化甲醇重整制氢反应装置，其通过设置换料口实现了催化剂的调整与更换，显著提升了甲醇重整制氢的反应效果。
4.基于此，本发明提供了一种小型化甲醇重整制氢反应装置，其包括外筒和设于所述外筒中的内筒，所述外筒与所述内筒之间形成有反应室，所述反应室中填充有催化剂，所述外筒的侧面开设有与所述反应室相连通的换料口，所述反应室的顶部设有与所述外筒和所述内筒相连接的第一顶板，所述反应室的底部设有与所述外筒和所述内筒相连接的第一底板，所述第一顶板配合所述第一底板以封闭所述反应室，所述外筒上还设有与所述反应室相连通的出气管，
5.所述内筒的内部形成有加热室，所述加热室内填充有导热介质以加热同样设于加热室内的蒸发器，所述蒸发器用于传输甲醇水，所述蒸发器的两端均延伸至所述加热室外，所述蒸发器的导流出口设于所述外筒上并与所述反应室相连通，所述加热室的顶部设有与所述内筒相连接的第二顶板，所述加热室的底部设有与所述内筒相连接的第二底板，所述第二顶板配合所述第二底板以封闭所述加热室，所述加热室还具有供导热介质进出的导热进口和导热出口。
6.本技术的一些实施例中，还包括设于所述内筒中的分流筒，所述分流筒与所述内筒之间形成有所述加热室，所述蒸发器绕所述分流筒呈螺旋状设置，所述第二顶板与所述内筒和所述分流筒相连接，所述第二底板与所述内筒相连接。
7.本技术的一些实施例中，所述加热室内设有分隔筒，所述分隔筒位于所述内筒与所述分流筒之间并与所述第二顶板或所述第二底板相连接，所述分隔筒设有若干个并将所述加热室分隔形成若干条相互连通的流道。
8.本技术的一些实施例中，所述流道内设有螺旋件，所述螺旋件沿所述内筒或所述分流筒的周向设置。
9.本技术的一些实施例中，所述反应室内设有挡片，所述挡片呈螺旋状设置并分别与所述外筒和所述内筒相连接。
10.本技术的一些实施例中，所述反应室内设有导热片，所述导热片设于所述内筒上并与所述内筒相连接，所述导热片
11.本技术的一些实施例中，所述导热片呈螺旋状绕所述内筒的周向设置。
12.本技术的一些实施例中，所述导热片呈片状并沿所述内筒的周向依次设置。
13.本技术的一些实施例中，所述外筒的直径从上至下逐渐增大，所述反应室内的所述催化剂厚度从上至下逐渐增大。
14.本技术的一些实施例中，所述反应室内设有成对设置的网孔板，两块所述网孔板分别位于所述反应室的顶部和底部并靠近所述第一顶板和所述第二顶板设置，所述第一顶板与靠近其的所述网孔板之间形成有缓冲气室，所述第一底板与靠近其的所述网孔板之间同样形成有所述缓冲气室。
15.本发明实施例提供的一种小型化甲醇重整制氢反应装置，与现有技术相比，其有益效果在于：
16.本发明实施例提供了一种小型化甲醇重整制氢反应装置，其包括外筒和设于外筒中的内筒，外筒与内筒之间形成有反应室，反应室内填充有用于实现甲醇重整制氢的催化剂，同时外筒上开设有与反应室相连通的换料口，操作人员可通过该换料口向反应室内填充催化剂或将反应室中的催化剂取出以实现反应室内催化剂的更换与优化。进一步的，反应室的顶部设有与外筒和内筒相连接的第一顶板，反应室的底部设有与外筒和内筒相连接的第一底板，第一顶板配合第一底板封闭反应室以形成密封的反应区域，同时外筒上还设有与反应室相连通的出气管以释放反应室内产生的氢气。更进一步的，内筒的内部形成有加热室，加热室内填充有导热介质以加热同样设于加热室内的蒸发器，蒸发器用于向反应室传输甲醇水，其的两端延伸至加热室外且其中的导流出口设于外筒上并与反应室相连通，甲醇水从导流进口进入蒸发器后会在反应室内导热介质的高温加热作用下蒸发形成甲醇水蒸气并以甲醇水蒸气的形态进入反应室，随后在催化剂的作用下发生反应形成氢气。与反应室的设置相类似的，加热室的顶部设有与内筒相连接的第二顶板，加热室的底部设有与内筒相连接的第二底板，第二顶板配合第二底板封闭加热室以保证对蒸发器的加热效果，同时为了实现导热介质的正常进出，加热室同样具有实现导热介质进出的导热进口和导热出口，上述导热进口和导热出口既可以设置在内筒上，也可以设置在第二顶板或第二底板上。需要强调与说明的是，由于加热室与反应室仅通过内筒进行分隔，加热室内的热量同样能够经过内筒流向反应室对催化剂进行加热以保证反应的正常进行。基于上述结构，使用时通过导热进口向加热室内通入导热介质(导热油或者气体)，同时通过导流进口向蒸发器内通入甲醇水，液态的甲醇水进入蒸发器后沿蒸发器流动，此时加热室内的导热介质对甲醇水进行加热使其形成气态的甲醇水蒸气，甲醇水蒸气沿蒸发器持续流动并最终从导流出口进入反应室，由于反应室内填充有催化剂，高温的甲醇水蒸气可在催化剂的作用下发生反应并形成供燃料电池使用的氢气，反应完成后甲醇水蒸气混合反应产生的氢气最终从出气筒流出反应室。进一步的，外筒的表面设有换料口，当反应室内的催化剂经过长期使用导致转化率下降时，操作人员可打开换料口将催化剂取出并向反映室内填充新的催化剂以保证整个反应装置的反应效果。如此，该甲醇重整制氢反应装置简化了结构设计，控制了
整个装置的体积大小，能够适应各种移动式燃料电池，其能够利用换料口及时更换催化剂，从而有效保证了反应效果，提升了用户的使用体验。
附图说明
17.图1为本发明实施例一的小型化甲醇重整制氢反应装置的顶部结构示意图；
18.图2为本发明实施例一的小型化甲醇重整制氢反应装置的底部结构示意图；
19.图3为本发明实施例一的小型化甲醇重整制氢反应装置的爆炸图；
20.图4为本发明实施例一的小型化甲醇重整制氢反应装置的剖面结构示意图；
21.图5为本发明实施例二的小型化甲醇重整制氢反应装置的结构优化示意图；
22.图6为本发明实施例二的小型化甲醇重整制氢反应装置的剖面结构示意图；
23.图7为本发明实施例三的小型化甲醇重整制氢反应装置的结构优化示意图；
24.图8为本发明实施例三的小型化甲醇重整制氢反应装置的剖面结构示意图；
25.图9为本发明实施例四的小型化甲醇重整制氢反应装置的结构优化示意图；
26.图10为本发明实施例四的小型化甲醇重整制氢反应装置的剖面示意图。
27.图中，1、外筒；2、第一顶板；3、第一底板；4、换料口；5、出气管；6、内筒；7、第二顶板；8、第二底板；9、蒸发器；10、分流筒；11、导热进口；12、导热出口；13、分隔筒；14、螺旋件；15、挡片；16、导热片；17、网孔板；18、催化剂；100、反应室；200、加热室；300、缓冲气室。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
29.应当理解的是，本发明中采用术语“前”、“后”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区别开。例如，在不脱离本发明范围的情况下“前”信息也可以被称为“后”信息，“后”信息也可以被称为“前”信息。
30.如图1至图10所示，本发明实施例一提供了一种小型化甲醇重整制氢反应装置，其包括外筒1和设于外筒1中的内筒6，外筒1与内筒6之间形成有反应室100，反应室100内填充有用于实现甲醇重整制氢的催化剂18，同时外筒1上开设有与反应室100相连通的换料口4，操作人员可通过该换料口4向反应室100内填充催化剂18或将反应室100中的催化剂18取出以实现反应室100内催化剂18的更换与优化。进一步的，反应室100的顶部设有与外筒1和内筒6相连接的第一顶板2，反应室100的底部设有与外筒1和内筒6相连接的第一底板3，第一顶板2配合第一底板3封闭反应室100以形成密封的反应区域，同时外筒1上还设有与反应室100相连通的出气管5以释放反应室100内产生的氢气。更进一步的，内筒6的内部形成有加热室200，加热室200内填充有导热介质以加热同样设于加热室200内的蒸发器9，蒸发器9用于向反应室100传输甲醇水，其的两端延伸至加热室200外且其中的导流出口设于外筒1上并与反应室100相连通，甲醇水从导流进口进入蒸发器9后会在反应室100内导热介质的高温加热作用下蒸发形成甲醇水蒸气并以甲醇水蒸气的形态进入反应室100，随后在催化剂18的作用下发生反应形成氢气。与反应室100的设置相类似的，加热室200的顶部设有与内筒6相连接的第二顶板7，加热室200的底部设有与内筒6相连接的第二底板8，第二顶板7配合第二底板8封闭加热室200以保证对蒸发器9的加热效果，同时为了实现导热介质的正常
进出，加热室200同样具有实现导热介质进出的导热进口11和导热出口12，上述导热进口11和导热出口12既可以设置在内筒6上，也可以设置在第二顶板7或第二底板8上。需要强调与说明的是，由于加热室200与反应室100仅通过内筒6进行分隔，加热室200内的热量同样能够经过内筒6流向反应室100对催化剂18进行加热以保证反应的正常进行。
31.基于上述结构，使用时通过导热进口11向加热室200内通入导热介质(导热油或者气体)，同时通过导流进口向蒸发器9内通入甲醇水，液态的甲醇水进入蒸发器9后沿蒸发器9流动，此时加热室200内的导热介质对甲醇水进行加热使其形成气态的甲醇水蒸气，甲醇水蒸气沿蒸发器9持续流动并最终从导流出口进入反应室100，由于反应室100内填充有催化剂18，高温的甲醇水蒸气可在催化剂18的作用下发生反应并形成供燃料电池使用的氢气，反应完成后甲醇水蒸气混合反应产生的氢气最终从出气管5流出反应室100。进一步的，外筒1的表面设有换料口4，当反应室100内的催化剂18经过长期使用导致转化率下降时，操作人员可打开换料口4将催化剂18取出并向反映室内填充新的催化剂18以保证整个反应装置的反应效果。如此，该甲醇重整制氢反应装置简化了结构设计，控制了整个装置的体积大小，能够适应各种移动式燃料电池，其能够利用换料口4及时更换催化剂18，从而有效保证了反应效果，提升了用户的使用体验。
32.进一步的，如图1至图4所示，在本技术的各实施例中，该小型化甲醇重整制氢反应装置还包括设于内筒6中的分流筒10，本发明实施例中分流筒10的底部呈圆锥形设置，分流筒10与内筒6之间则形成加热室200，与之相对应的，蒸发器9绕分流筒10呈螺旋状设置，也即蒸发器9为绕分流筒10设置的盘管。更进一步的，第二顶板7与内筒6和分流筒10相连接，第二底板8则与内筒6相连接，内筒6、分流筒10、第二顶板7和第二底板8之间的区域即为相应的加热室200，同时导热进口11设于第二底板8上，导热出口12设于第二顶板7上。基于上述结构，分流筒10的设置能够减小加热室200的体积并使进入加热室200的导热介质集中在蒸发器9周围，螺旋状设置的蒸发器9则能够显著提升甲醇水在蒸发器9内的流动行程以确保导热介质与甲醇水的充分换热，进而提升进入反应室100内的甲醇水蒸气含量。
33.可选的，如图5和图6所示，在本技术的实施例二中，加热室200内设有分隔筒13，分隔筒13位于内筒6与分流筒10之间并与第二顶板7或第二底板8相连接，在本发明的一些实施例中分隔筒13设有一个，一个分隔筒13将加热室200分隔成两条相互连通的流道，蒸发器9则位于靠近内筒6的流道中。基于上述结构，导热介质进入加热室200后首先到达外层流道并沿外层流道不断流动至内层流道，随后在内层流道中与蒸发器9进行换热，分隔筒13的设置能够进一步延长导热介质在加热室200内的停留时间，确保对蒸发器9和催化剂18的充分加热。可以发现的是，本技术中的分隔筒13也可以设有若干个，此时若干个分隔筒13将加热室200分隔呈若干条相互连通的流道。
34.进一步的，如图5至图8所示，在本技术的实施例二和实施例三中，部分流道内还设有螺旋件14，螺旋件14沿内筒6或分流筒10的周向设置。螺旋件14的设置同样能够增大换热面积，强化换热效果，提升热量利用率。
35.可选的，如图3和图4所示，在本技术的实施例一中，反应室100内设有挡片15，挡片15呈螺旋状设置并分别与外筒1和内筒6相连接。基于上述结构，螺旋设置的挡片15将整个反应室100进行分割，反应室100形成一条完整的从下至上不断延伸的气体流道，这种重整流道的螺旋设计使得反应后的重整气体能够沿着螺旋状的挡片15螺旋上升，进而提升气体
在反应室100内的停留时间，延长催化反应流程，可以有效提升催化反应的转化效率。
36.进一步的，如图3所示，在本技术的实施例一中，反应室100内还设有导热片16，导热片16设于内筒6上并与内筒6相连接。导热片16能够吸收内筒6上的热量并传递至反应室100内的催化剂18上，降低反应室100内催化剂18层的内外层温差大小，保证整个催化剂18层的温度统一，有利于催化反应的正常进行。
37.实际上，对于本技术的导热片16而言，其可根据反应室100内的催化剂18层设置情况形成多种与之相对应的结构设计。具体的，如图3所示，在本发明的实施例一中，由于反应室100内设有挡片15，此时的导热片16类似挡片15呈螺旋状设置并沿内筒6的周向螺旋上升，能够在传递热量的同时配合挡片15引导重整气体。进一步的，如图7和图9所示，在本发明的实施例三和实施例四中，反应室100内则未设挡片15，此时的导热片16呈片状并同样沿内筒6的周向依次设置。
38.更进一步的，如图9和图10所示，本发明的实施例四中，外筒1的直径从上至下逐渐增大，反应室100内的催化剂18层的厚度从上至下同样逐渐增大，也即催化剂18层的厚度下大上小呈锥型。如此，本实施例中操作人员可根据温度变化趋势设定不同的催化剂18厚度。具体而言导热介质入口处温度高，催化剂18层厚度大，随着导热介质向上流动其的温度逐渐降低，催化剂18层的厚度也逐渐降低，从而保证催化剂18层的整体温度均匀。
39.可选的，如图4、图6、图8和图10所示，在本技术的各实施例中，反应室100内设有成对设置的网孔板17，两块网孔板17分别位于反应室100的顶部和底部并靠近第一顶板2和第二顶板7设置，第一顶板2与靠近其的网孔板17之间形成有缓冲气室300，第一底板3与靠近其的网孔板17之间同样形成有缓冲气室300。基于上述结构，反应室100的顶端和底端都存在一个缓冲气室300，在蒸发器9中加热形成的甲醇水蒸气进入反应室100后首先到达缓冲气室300并在缓冲气室300中汇集，进而确保甲醇水蒸汽能够均匀进入催化剂18层避免出现偏流现象。
40.另外，整个外筒上还包裹有一层隔热保温层(图未示)，避免重整反应时的高温对周围部件产生不良影响，同时隔热保温层的设置也能避免热量流失进而有效提升重整器的热量利用率。
41.综上所述，本发明提供了一种小型化甲醇重整制氢反应装置，其包括外筒和内筒，外筒与内筒之间形成有反应室，反应室内填充有催化剂，外筒上开设有与反应室相连通的换料口，外筒上设有与反应室相连通的出气管。内筒的内部形成有加热室，加热室内填充有导热介质以加热同样设于加热室内的蒸发器，蒸发器用于向反应室传输甲醇水，其的导流出口设于外筒上并与反应室相连通，加热室同样具有实现导热介质进出的导热进口和导热出口。与现有技术相比，该小型化甲醇重整制氢反应装置简化了结构设计，控制了整个装置的体积大小，能够适应各种移动式燃料电池，其通过换料口及时更换催化剂，从而有效保证反应效果，提升了用户的使用体验。
42.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种小型化甲醇重整制氢反应装置，其特征在于，包括外筒和设于所述外筒中的内筒，所述外筒与所述内筒之间形成有反应室，所述反应室中填充有催化剂，所述外筒的侧面开设有与所述反应室相连通的换料口，所述反应室的顶部设有与所述外筒和所述内筒相连接的第一顶板，所述反应室的底部设有与所述外筒和所述内筒相连接的第一底板，所述第一顶板配合所述第一底板以封闭所述反应室，所述外筒上还设有与所述反应室相连通的出气管，所述内筒的内部形成有加热室，所述加热室内填充有导热介质以加热同样设于加热室内的蒸发器，所述蒸发器用于传输甲醇水，所述蒸发器的两端均延伸至所述加热室外，所述蒸发器的导流出口设于所述外筒上并与所述反应室相连通，所述加热室的顶部设有与所述内筒相连接的第二顶板，所述加热室的底部设有与所述内筒相连接的第二底板，所述第二顶板配合所述第二底板以封闭所述加热室，所述加热室还具有供导热介质进出的导热进口和导热出口。2.根据权利要求1所述的小型化甲醇重整制氢反应装置，其特征在于，还包括设于所述内筒中的分流筒，所述分流筒与所述内筒之间形成有所述加热室，所述蒸发器绕所述分流筒呈螺旋状设置，所述第二顶板与所述内筒和所述分流筒相连接，所述第二底板与所述内筒相连接。3.根据权利要求2所述的小型化甲醇重整制氢反应装置，其特征在于，所述加热室内设有分隔筒，所述分隔筒位于所述内筒与所述分流筒之间并与所述第二顶板或所述第二底板相连接，所述分隔筒设有若干个并将所述加热室分隔形成若干条相互连通的流道。4.根据权利要求3所述的小型化甲醇重整制氢反应装置，其特征在于，所述流道内设有螺旋件，所述螺旋件沿所述内筒或所述分流筒的周向设置。5.根据权利要求1所述的小型化甲醇重整制氢反应装置，其特征在于，所述反应室内设有挡片，所述挡片呈螺旋状设置并分别与所述外筒和所述内筒相连接。6.根据权利要求1所述的小型化甲醇重整制氢反应装置，其特征在于，所述反应室内设有导热片，所述导热片设于所述内筒上并与所述内筒相连接。7.根据权利要求6所述的小型化甲醇重整制氢反应装置，其特征在于，所述导热片呈螺旋状并绕所述内筒的周向设置。8.根据权利要求6所述的小型化甲醇重整制氢反应装置，其特征在于，所述导热片呈片状并沿所述内筒的周向依次设置。9.根据权利要求1或8所述的小型化甲醇重整制氢反应装置，其特征在于，所述外筒的直径从上至下逐渐增大，所述反应室内的催化剂的厚度从上至下逐渐增大。10.根据权利要求1所述的小型化甲醇重整制氢反应装置，其特征在于，所述反应室内设有成对设置的网孔板，两块所述网孔板分别位于所述反应室的顶部和底部并靠近所述第一顶板和所述第二顶板设置，所述第一顶板与靠近其的所述网孔板之间形成有缓冲气室，所述第一底板与靠近其的所述网孔板之间同样形成有所述缓冲气室。

技术总结
本发明涉及甲醇重整制氢技术领域，公开了一种小型化甲醇重整制氢反应装置，其包括外筒和内筒，外筒与内筒之间形成有反应室，反应室内填充有催化剂，外筒上开设有与反应室相连通的换料口，外筒上设有与反应室相连通的出气管。内筒的内部形成有加热室，加热室内填充有导热介质以加热同样设于加热室内的蒸发器，蒸发器用于向反应室传输甲醇水，其的导流出口设于外筒上并与反应室相连通，加热室同样具有实现导热介质进出的导热进口和导热出口。与现有技术相比，该小型化甲醇重整制氢反应装置简化了结构设计，控制了整个装置的体积大小，能够适应各种移动式燃料电池，其通过换料口及时更换催化剂，从而有效保证反应效果，提升了用户的使用体验。的使用体验。的使用体验。


技术研发人员：王戈 罗志南 师毓 华志福 钟建扬 陈林炎
受保护的技术使用者：摩氢科技有限公司
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/9/22