阅读说明：本技术 一种新型化学制氢反应器 (Novel chemical hydrogen production reactor ) 是由 叶龙 刘艺培 侯向理 姚宇希 于 2020-06-19 设计创作，主要内容包括：本发明属于燃料电池技术领域,具体公开了一种新型化学制氢反应器,包括两个端板以及设于两个端板之间的催化组件,通过端板上设置的流道以及处于流道间的催化层提供反应空间,其中流道可均匀分散流进的制氢溶液,减少区域反应差异；而催化层为网状结构,比表面积大,结合流道的设计可以使反应液与催化剂充分接触,显著提高催化剂利用率,网状的结构也降低了传质阻力；由于反应空间小,氢气可利用自身轻质的特点以及进液压力流道上方的出气孔快速排出。与传统的罐装结构相比,本发明具有体积小、结构简单、安装方便等优点,可供硼氢化钠溶液或者其他溶液型制氢剂进行连续催化制氢,且反应快速高效。(The invention belongs to the technical field of fuel cells, and particularly discloses a novel chemical hydrogen production reactor which comprises two end plates and a catalytic assembly arranged between the two end plates, wherein a reaction space is provided by a flow channel arranged on the end plates and a catalytic layer positioned between the flow channels, the flow channel can uniformly disperse hydrogen production solution flowing in, and the regional reaction difference is reduced; the catalyst layer is of a net structure, the specific surface area is large, the reaction liquid can be fully contacted with the catalyst by combining the design of the flow channel, the utilization rate of the catalyst is obviously improved, and the mass transfer resistance is also reduced by the net structure; because the reaction space is small, the hydrogen can be quickly discharged by utilizing the characteristic of light weight and the air outlet above the liquid inlet pressure flow passage. Compared with the traditional canning structure, the invention has the advantages of small volume, simple structure, convenient installation and the like, can be used for continuously catalyzing and producing hydrogen by using sodium borohydride solution or other solution type hydrogen-producing agents, and has quick and efficient reaction.)

一种新型化学制氢反应器

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种新型化学制氢反应器。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器，它不受卡诺循环限制，因而能量转化效率高，且无噪音，无污染，具有很好的发展前景。作为能量转换输出源，燃料电池需要供氢系统为其发电提供稳定、可靠的氢气供给，目前针对燃料电池野外用氢困难，有多种供氢方案，如氢瓶储氢、储氢材料储氢、甲醇重整制氢、化学制氢（以硼氢化钠制氢为主）等，其中化学制氢以产氢纯度高、产物清洁可回收、额外功耗少、可支持无限续航等优点引起广泛关注。

现有的化学制氢装置普遍是罐装结构（如CN110526211A、CN108529556A），

制氢时将反应原料和催化剂分别输送至反应罐，混合后产生氢气，通过调节进料速度或者流量控制产氢速率，这类装置制氢时催化剂利用率低、产物分离慢，导致反应不稳定，产氢速率不断变化，加上进料调节存在一定滞后性，很难实现持续稳定制氢，在实际应用中操作复杂，能耗高，而且运输、携带不便，虽然现有技术通过对加料顺序、加料方式、原料形态等方面进行优化来提高反应的稳定性，但效果有限，很难满足燃料电池野外用氢设备的需求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种新型化学制氢反应器，具有体积小、结构简单、安装方便等优点，可供硼氢化钠溶液或者其他溶液型制氢剂进行连续催化制氢，且反应快速高效。

为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种新型化学制氢反应器，包括第一端板、第二端板以及设于所述第一端板和第二端板之间的催化组件；所述第一端板与所述催化组件贴合的一侧表面设有第一流道，所述第二端板与所述催化组件贴合的一侧表面设有第二流道；所述第一端板贯通开设有与所述第一流道连通的进液孔，所述第二端板贯通开设有与所述第二流道的连通的出气孔，所述进液孔和出气孔呈对角位置分布；所述催化组件包括网状的用于负载催化剂的催化层以及对所述催化层进行密封的密封件；所述催化层覆盖所述第一流道和第二流道；所述第一端板/第二端板的侧面沿第一流道/第二流道方向开设有若干加热孔。

优选的，所述第一端板/第二端板至少有一个加热孔的开设位置与进液孔/出气孔连通。加热孔中可以***加热棒进行加热，有利于低温下快速启动以及提高反应速率。

优选的，所述进液孔和出气孔的内侧出口处分别间隔设有若干阻隔部，阻隔部之间的空区与流道连通。

优选的，所述进液孔和出气孔外侧分别套设有用于流通进出气液的接头。

优选的，所述第一端板、第二端板以及密封件在四周相同的多个位置设有用于与螺杆配合锁紧密封的螺纹孔。锁紧密封形式也可采用其他机械夹紧方式。

优选的，所述第一流道和第二流道为平行流道、蛇形流道、阵列点型流道中的一种或多种复合。

优化的，所述催化组件的数量为一个或者多个，当催化组件的数量为多个时，堆叠置于两端板间即可。

优化的，所述催化层嵌于一片密封件或者由两片密封件夹合，使得溶液必定接触且穿透催化层。

优化的，所述催化层为钛网、镍网、玻璃纤维网或碳布，所述催化层负载的催化剂为金属催化剂，例如铂、钌、铑、钴、镍等。

优化的，所述第一端板和第二端板为碳板、金属板或塑料板，具体可根据实际用途和情况选材。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明主要包括两端板和两端板间的催化组件，通过端板上设置的流道以及处于流道间的催化层提供反应空间，其中流道可均匀分散流进的制氢溶液，减少区域反应差异；而催化层为网状结构，比表面积大，结合流道的设计可以使反应液与催化剂充分接触，显著提高催化剂利用率，网状的结构也降低了传质阻力；由于反应空间小，氢气可利用自身轻质的特点以及进液压力经过流道由流道上方的出气孔快速排出。因此，与传统的罐装结构相比，本发明制氢快速稳定，不需要反复调整进料量来控制产氢速率，能够实现长时间催化制氢溶液制氢，且体积小、结构简单、安装方便，满足相应包括燃料电池等野外用氢设备的需求，具有较好的应用前景。

2、端板设有加热孔供加热棒***，并且加热孔沿流道方向开设，可以有效提高反应液温度，也有利于低温下反应的快速启动，提高反应效率；更加优化的，设置至少一个加热孔与进液孔连通，使得加热棒***后部分暴露于进液口，进而使进液口的反应液能与加热棒直接接触，大大提高热传递水平，加速反应液升温，起到很好的预热效果，进一步提高效率。

3、在进液口和出气口分别设有阻隔部，进液口设置的阻隔部起到导向分流的作用，使反应液的均匀分散过程加快，减少不同区域的反应差异，同时又延长了反应液在进液口的停留时间，使反应液与加热棒接触时间变长，进一步加快升温；在出气口设置的阻隔部结合重力作用，可以有效减少反应液的排出，有助于产物的气液分离。

4、可以在两个端板之间堆叠设置多个催化组件，提高催化效率和反应的持续时间，简单便捷。

5、本发明反应器不局限于制氢催化，也适用于其他气体的化学催化，实用性好。

附图说明

图1：实施例1的立体结构图。

图2：图1中第一端板的立体结构图。

图3：图2第一端板流道面的结构示意图。

图4：图1中催化组件的主视图

图5：图4的A-A剖面图。

图6：图1中接头的立体结构图。

图中：1-第一端板，2-第二端板，3-第一流道，4-第二流道，5-进液孔，6-出气孔，7-催化层，8-密封件，9-加热孔，10-接头，11-阻隔部，12-螺纹孔。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的说明。

实施例1

一种新型化学制氢反应器，如图1-2所示，包括第一端板1、第二端板2以及设于所述第一端板1和第二端板2之间的催化组件；所述第一端板1与所述催化组件贴合的一侧表面设有第一流道3，所述第二端板2与所述催化组件贴合的一侧表面设有第二流道4，所述第一流道3和第二流道4为一样的平行流道（如图3所示）；所述第一端板1贯通开设有与所述第一流道3连通的进液孔5，所述第二端板2贯通开设有与所述第二流道4连通的出气孔6；所述进液孔5和出气孔6呈对角位置分布，且进液孔5在下，出气孔6在上。所述催化组件（如图4-5所示）包括网状的用于负载催化剂的催化层7以及对所述催化层7进行密封的密封件8，所述催化层7由两片密封件8夹合；催化层7覆盖所述第一流道3和第二流道4。所述第一端板1/第二端板2的侧面沿第一流道3/第二流道4方向开设有两个加热孔9，并且第一端板1/第二端板2上有一个加热孔9与进液孔4/出气孔5连通（如图2所示）。所述进液孔5和出气孔6的内侧出口处分别间隔设有若干阻隔部11，所述阻隔部11之间的空区与流道连通；所述进液孔5和出气孔6外侧分别套设有用于流通进出气液的接头10，接头10为外螺纹宝塔接头（如图6所示），外螺纹宝塔接头在端板的套接深度不超过加热孔9的设置位置。所述第一端板1、第二端板2以及密封件8在四周相同的多个位置设有用于与螺杆配合锁紧密封的螺纹孔12。

本实施例中，所述第一端板1和第二端板2为碳板，所述催化层7为镍网，催化层7负载的催化剂为铂，制氢时只要将硼氢化钠溶液由进液孔5套接的接头10通入，溶液经过流道均匀分散至催化层7上进行催化水解，产生的气体由出气孔6套接的接头10排出。

实施例2

一种新型化学制氢反应器，基本构造同实施例1，区别在于：本实施例中，所述催化层7嵌于一片密封件8，催化层7直接通过卡嵌或者通过四周粘结固定于密封件8，密封件8的中空区域也可以嵌入多层催化层7，只要不超出密封件8上下表面的位置即可。

实施例3

一种新型化学制氢反应器，基本构造同实施例1，区别在于：本实施例中，催化组件设有三个，安装时对齐堆叠于第一端板1和第二端板2之间，再替换长螺杆锁紧密封即可。

实施例4

一种新型化学制氢反应器，基本构造同实施例1，区别在于：本实施例中，所述第一端板1和第二端板2为塑料板，所述催化层7为碳布，催化层7负载的催化剂为镍。

实施例5

一种新型化学制氢反应器，基本构造同实施例1，区别在于：本实施例中，第一流道3和第二流道4为蛇形流道和阵列点型流道结合的复合流道，并且蛇形流道设置进液口5处，阵列点型流道设置在出气口6处，这种复合流道的设计有利于反应液的快速均匀分散以及氢气的快速排出。

本具体实施方式仅仅是对本发明的解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读了本发明的说明书之后所做的任何改变，只要在本发明权利要求书的范围内，都将受到专利法的保护。