催化重整反应装置及新能源汽车的制作方法

1.本技术涉及重整器技术领域，特别是涉及一种催化重整反应装置及新能源汽车。


背景技术：

2.氢气被认为是解决未来能源需求的最佳载体。然而目前由于制氢、储氢以及加氢等技术不够完善，氢气原料的供给问题成为制约燃料电池汽车商业化的重要因素之一。为了解决氢气供应困难的问题，通常利用甲醇和水蒸汽的混合物通过重整器反应产生纯氢气和二氧化碳。但是，在现有的重整器中，甲醇和水蒸气的反应转化率普遍较低。


技术实现要素：

3.基于此，有必要提供一种催化重整反应装置及新能源汽车，以解决现有的重整器内的混合气体的转化率较低的问题。
4.本技术提供的催化重整反应装置包括进气端盖、壳体和芯体组件，进气端盖设有扩散通道和混合腔，扩散通道连通于混合腔的一端，并且，从远离混合腔的一端至靠近混合腔的一端，扩散通道的横截面积呈增大的趋势。芯体组件包括反应管和对应设于每一反应管内的催化丝网，催化丝网的表面设有用于催化混合反应气体发生反应的催化剂层，多个反应管并联设置并分别连通于混合腔远离扩散通道的一端，以使混合反应气体能够通过混合腔分别进入各个反应管并经过催化丝网。壳体套设于芯体组件的外侧并与芯体组件的外侧配合形成加热通道，以使高温尾气能够进入加热通道并对芯体组件内的混合反应气体进行加热。
5.在其中一个实施例中，催化重整反应装置还包括进气管和出气管，壳体设有进气口和出气口，进气管连接于壳体外侧并连通进气口，出气管连接于壳体外侧并连通出气口，高温尾气能够依次通过进气管和进气口进入加热通道，并依次通过出气口和出气管离开加热通道。
6.在其中一个实施例中，芯体组件还包括通道隔板，多个反应管分别穿过通道隔板，且通道隔板和壳体的内壁配合，以将加热通道分隔成第一通道和第二通道。进气口和出气口设于壳体的同一端并沿着反应管的轴向间隔设置，通道隔板设于进气口和出气口之间，且通道隔板远离进气口和出气口的一端设有连通第一通道和第二通道的缺口，以使进气口依次通过第一通道、缺口和第二通道连通出气口。
7.在其中一个实施例中，芯体组件还包括第一挡板，第一挡板密封盖设于混合腔靠近芯体组件的一端，且多个反应管分别穿过第一挡板并连通混合腔。
8.在其中一个实施例中，芯体组件还包括第一扰流丝网，第一扰流丝网设于反应管靠近混合腔的一侧，且第一扰流丝网设有多个均匀分布的第一扰流孔，第一扰流孔的孔径小于反应管的内径，以使混合腔内的混合反应气体能够通过第一扰流孔进入各个反应管。
9.在其中一个实施例中，催化丝网呈钢丝球状。
10.在其中一个实施例中，催化丝网呈螺旋状。
11.在其中一个实施例中，催化丝网和反应管的内壁焊接。
12.在其中一个实施例中，芯体组件还包括多个层叠设置的换热翅片，多个反应管分别依次穿过多个换热翅片。
13.本技术还提供一种新能源汽车，该新能源汽车包括以上任意一个实施例所述的催化重整反应装置。
14.与现有技术相比，本技术提供的催化重整反应装置及新能源汽车，通过扩散通道连通于混合腔的一端，多个反应管并联设置并分别连通于混合腔远离扩散通道的一端，可知，混合反应气体能够依次通过扩散通道和混合腔进入各个反应管内，并在各个反应管内的催化丝网的催化作用下发生反应，以生成氢气和二氧化碳。
15.由于从远离混合腔的一端至靠近混合腔的一端，扩散通道的横截面积呈增大的趋势，因此，混合反应气体在扩散通道内流动的过程中，混合反应气体的流通面积扩大且流速减小，如此，可使混合反应气体能够朝向混合腔的各个区域扩散并均匀分布于混合腔内，进而使得混合反应气体能够均匀地进入各个反应管内。也即，如此设置，避免了混合反应气体由于流速过快集中进入特定区域的反应管内，从而避免了某些反应管内混合反应气体的流量较大，导致混合反应气体反应不充分的问题。也即，通过提高混合反应气体在分布均匀性提高混合反应气体的转化率。
16.并且，相对于设置单个通道，本技术通过设置多个并联设置的反应管，有效降低了混合反应气体的背压。
17.又因为每一反应管内对应设有催化丝网，且催化丝网的表面设有用于催化混合反应气体发生反应的催化剂层，因此，如此设置，极大地增大了混合反应气体和催化剂的接触面积，从而提高了混合反应气体的转化率。并且，反应管内的催化丝网能够对混合反应气体产生扰流作用，使得混合反应气体混合更加充分，也能够提高混合反应气体的转化率。
18.进一步地，由于壳体套设于芯体组件的外侧并与芯体组件的外侧配合形成加热通道，因此，高温尾气能够进入加热通道并对芯体组件内的混合反应气体进行加热。如此，有效利用了汽车尾气内的热量来提高反应管内催化反应的温度，进而也能够提高反应管内混合反应气体的转化率。
19.综上可知，本技术提供的催化重整反应装置，显著提高了混合反应气体的转化率，并有效降低了混合反应气体的背压。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本技术提供的一实施例的催化重整反应装置的结构示意图；
22.图2为本技术提供的一实施例的催化重整反应装置的局部结构示意图；
23.图3为图2的分解图；
24.图4为本技术提供的一实施例的芯体组件的结构示意图；
25.图5为图4的侧视图；
26.图6为图5所示a处的放大图；
27.图7为图5所示a-a处的剖视图。
28.附图标记：100、进气端盖；110、扩散通道；120、混合腔；200、壳体；210、加热通道；211、第一通道；212、第二通道；220、进气口；230、出气口；300、芯体组件；310、反应管；320、换热翅片；330、第一挡板；340、第一扰流丝网；341、第一扰流孔；350、第一挡圈；360、第二挡板；370、第二扰流丝网；380、第二挡圈；390、通道隔板；391、缺口；400、出气端盖；500、进气管；600、出气管；700、进气安装块；800、出气安装块；910、第一安装支架；920、第二安装支架。
具体实施方式
29.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
30.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
31.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
32.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
33.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
34.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
35.氢气被认为是解决未来能源需求的最佳载体。然而目前由于制氢、储氢以及加氢
等技术不够完善，氢气原料的供给问题成为制约燃料电池汽车商业化的重要因素之一。为了解决氢气供应困难的问题，通常利用甲醇和水蒸汽的混合物通过重整器反应产生纯氢气和二氧化碳。但是，在现有的重整器中，甲醇和水蒸气的反应转化率普遍较低。
36.请参阅图1-图7，为了解决现有的重整器内的混合气体的转化率较低的问题，本技术提供一种催化重整反应装置，该催化重整反应装置包括进气端盖100、壳体200和芯体组件300，进气端盖100设有扩散通道110和混合腔120，扩散通道110连通于混合腔120的一端，并且，从远离混合腔120的一端至靠近混合腔120的一端，扩散通道110的横截面积呈增大的趋势。
37.芯体组件300包括反应管310和对应设于每一反应管310内的催化丝网(图未示)，催化丝网的表面设有用于催化混合反应气体发生反应的催化剂层(图未示)，多个反应管310并联设置并分别连通于混合腔120远离扩散通道110的一端，以使混合反应气体能够通过混合腔120分别进入各个反应管310并经过催化丝网。
38.壳体200套设于芯体组件300的外侧并与芯体组件300的外侧配合形成加热通道210，以使高温尾气能够进入加热通道210并对芯体组件300内的混合反应气体进行加热。
39.需要说明的是，混合反应气体为甲烷(或者甲醇等气态有机化合物)和水蒸气的混合气体。
40.通过扩散通道110连通于混合腔120的一端，多个反应管310并联设置并分别连通于混合腔120远离扩散通道110的一端，可知，混合反应气体能够依次通过扩散通道110和混合腔120进入各个反应管310内，并在各个反应管310内的催化丝网的催化作用下发生反应，以生成氢气和二氧化碳。
41.由于从远离混合腔120的一端至靠近混合腔120的一端，扩散通道110的横截面积呈增大的趋势，因此，混合反应气体在扩散通道110内流动的过程中，混合反应气体的流通面积扩大且流速减小，如此，可使混合反应气体能够朝向混合腔120的各个区域扩散并均匀分布于混合腔120内，进而使得混合反应气体能够均匀地进入各个反应管310内。也即，如此设置，避免了混合反应气体由于流速过快集中进入特定区域的反应管310内，从而避免了某些反应管310内混合反应气体的流量较大，导致混合反应气体反应不充分的问题。也即，通过提高混合反应气体在分布均匀性提高混合反应气体的转化率。
42.并且，相对于设置单个通道，本技术通过设置多个并联设置的反应管310，有效降低了混合反应气体的背压。
43.又因为每一反应管310内对应设有催化丝网，且催化丝网的表面设有用于催化混合反应气体发生反应的催化剂层，因此，如此设置，极大地增大了混合反应气体和催化剂的接触面积，从而提高了混合反应气体的转化率。并且，反应管310内的催化丝网能够对混合反应气体产生扰流作用，使得混合反应气体混合更加充分，也能够提高混合反应气体的转化率。
44.进一步地，由于壳体200套设于芯体组件300的外侧并与芯体组件300的外侧配合形成加热通道210，因此，高温尾气能够进入加热通道210并对芯体组件300内的混合反应气体进行加热。如此，有效利用了汽车尾气内的热量来提高反应管310内催化反应的温度，进而也能够提高反应管310内混合反应气体的转化率。
45.综上可知，本技术提供的催化重整反应装置，显著提高了混合反应气体的转化率，
并有效降低了混合反应气体的背压。
46.在一实施例中，混合腔120呈圆柱状。
47.具体地，芯体组件300包括287根反应管310，每个反应管310内焊接了一根直径为5mm且长度为185mm的催化丝网。
48.在一实施例中，催化丝网呈钢丝球状。
49.如此，可使催化丝网布满反应管310内整个三维空间，极大地提升了催化丝网和混合反应气体的接触面积。
50.在另一实施例中，催化丝网呈螺旋状。
51.如此，有利于降低混合反应气体在反应管310内的流阻，进而降低混合反应气体的背压。
52.在一实施例中，催化丝网的加工方法包括以下步骤：
53.制备高性能活性组分溶液；
54.将高性能活性组分溶液与疏松多孔的涂层材料混合均匀；
55.在上述混合溶液内加入添加剂并进行陈化工序，使高性能活性组分溶液内的活性组分均匀的吸附于涂层材料；
56.将载体浸没于制备好的高性能活性组分溶液中，以使吸附有活性组分的涂层材料均匀吸附于载体，并检测载体表面的涂层材料的吸附均匀性；
57.将吸附有涂层材料的载体放入快速干燥炉进行定型干燥形成催化丝网；
58.将定型后的催化丝网放入高温煅烧炉进行煅烧成型活化。
59.可以理解的是，芯体组件300为导热材质，具体地，芯体组件300为金属材质(包括但不限于不锈钢材质、铜合金材质或者铝合金材质)。
60.为了提高芯体组件300的热导率，在一实施例中，催化丝网和反应管310的内壁焊接。
61.具体地，催化丝网和反应管310通过炉中钎焊的方式连接。
62.进一步地，为了提高芯体组件300的热导率，在一实施例中，如图4和图7所示，芯体组件300还包括多个层叠设置的换热翅片320，多个反应管310分别依次穿过多个换热翅片320。
63.通过设置换热翅片320，增大了高温尾气和芯体组件300的换热面积，进而提高了芯体组件300的热导率。
64.为了提高反应管310的连接牢固程度，并且，防止混合反应气体进入壳体200内的其他区域，在一实施例中，如图3-图7所示，芯体组件300还包括第一挡板330，第一挡板330密封盖设于混合腔120靠近芯体组件300的一端，且多个反应管310分别穿过第一挡板330并连通混合腔120。
65.如此，第一挡板330不仅能够对多个并联设置的反应管310提供有效支撑，而且能够防止混合反应气体进入反应管310之外的区域。
66.进一步地，在一实施例中，如图5-图7所示，芯体组件300还包括第一扰流丝网340，第一扰流丝网340设于反应管310靠近混合腔120的一侧，且第一扰流丝网340设有多个均匀分布的第一扰流孔341，第一扰流孔341的孔径小于反应管310的内径，以使混合腔120内的混合反应气体能够通过第一扰流孔341进入各个反应管310。
67.如此设置，进一步提高了混合反应气体的混合效果，进而提高了混合反应气体的转化率。
68.具体地，第一扰流孔341呈方形。
69.更进一步地，如图3所示，芯体组件300还包括第一挡圈350，第一扰流丝网340通过第一挡圈350固定于第一挡板330和反应管310之间。
70.为了更好地收集反应后的混合气体，在一实施例中，如图1-图3所示，催化重整反应装置还包括出气端盖400，并且，为了降低催化重整反应装置的制造成本，出气端盖400和进气端盖100呈对称设置(包括但不限于镜面对称和旋转对称)。
71.进一步地，为了提高反应管310的连接牢固程度，并且，防止混合反应气体进反应管310之间的区域，在一实施例中，如图3-图4所示，芯体组件300还包括第二挡板360，第二挡板360密封盖设于出气端盖400靠近芯体组件300的一端，且多个反应管310分别穿过第二挡板360。
72.更进一步地，在一实施例中，如图7所示，芯体组件300还包括第二扰流丝网370，第二扰流丝网370设于反应管310靠近出气端盖400的一侧。
73.并且，再进一步地，如图3所示，芯体组件300还包括第二挡圈380，第二扰流丝网370通过第二挡圈380固定于第二挡板360和反应管310之间。
74.在一实施例中，如图3、图4和图7所示，催化重整反应装置还包括进气管500和出气管600，壳体200设有进气口220和出气口230，进气管500连接于壳体200外侧并连通进气口220，出气管600连接于壳体200外侧并连通出气口230，高温尾气能够依次通过进气管500和进气口220进入加热通道210，并依次通过出气口230和出气管600离开加热通道210。
75.如此，使得催化重整反应装置能够将制氢结构和尾气余热结构紧密结合在一起，提高了催化重整反应装置的集成度，并减小了催化重整反应装置的体积，有利于催化重整反应装置在汽车内的安装。
76.进一步地，为了提高加热通道210的换热效果，在一实施例中，如图3、图4和图7所示，芯体组件300还包括通道隔板390，多个反应管310分别穿过通道隔板390，且通道隔板390和壳体200的内壁配合，以将加热通道210分隔成第一通道211和第二通道212。进气口220和出气口230设于壳体200的同一端并沿着反应管310的轴向间隔设置，通道隔板390设于进气口220和出气口230之间，且通道隔板390远离进气口220和出气口230的一端设有连通第一通道211和第二通道212的缺口391，以使进气口220依次通过第一通道211、缺口391和第二通道212连通出气口230。
77.由于进气口220依次通过第一通道211、缺口391和第二通道212连通出气口230，并且，缺口391设于通道隔板390远离进气口220和出气口230的一端，因此，混合反应气体从进气口220进入第一通道211之后，需要经过芯体组件300的表面绕流至通道隔板390远离进气口220的缺口391处，再通过缺口391进入第二通道212，之后，混合反应气体需要从通道隔板390远离出气口230的缺口391处经过芯体组件300的表面绕流至出气口230处。如此设置，极大地延长了高温尾气在加热通道210内的路程，进而延长了高温尾气和芯体组件300的接触时间，提高了加热通道210的换热效果。
78.进一步地，在一实施例中，如图1-图3所示，催化重整反应装置还包括进气安装块700和出气安装块800，进气管500通过进气安装块700安装于壳体200外侧，出气管600通过
出气安装块800安装于壳体200外侧。
79.在一实施例中，如图1所示，催化重整反应装置还包括第一安装支架910和第二安装支架920，第一安装支架910连接于进气端盖100远离芯体组件300的一端，第二安装支架920连接于出气端盖400远离芯体组件300的一端，催化重整反应装置分别通过第一安装支架910和第二安装支架920安装于汽车车身。
80.本技术还提供一种新能源汽车，该新能源汽车包括以上任意一个实施例所述的催化重整反应装置。
81.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
82.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的专利保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种催化重整反应装置，其特征在于，包括进气端盖(100)、壳体(200)和芯体组件(300)，所述进气端盖(100)设有扩散通道(110)和混合腔(120)，所述扩散通道(110)连通于所述混合腔(120)的一端，并且，从远离所述混合腔(120)的一端至靠近所述混合腔(120)的一端，所述扩散通道(110)的横截面积呈增大的趋势；所述芯体组件(300)包括反应管(310)和对应设于每一所述反应管(310)内的催化丝网，所述催化丝网的表面设有用于催化混合反应气体发生反应的催化剂层，多个所述反应管(310)并联设置并分别连通于所述混合腔(120)远离所述扩散通道(110)的一端，以使混合反应气体能够通过所述混合腔(120)分别进入各个所述反应管(310)并经过所述催化丝网；所述壳体(200)套设于所述芯体组件(300)的外侧并与所述芯体组件(300)的外侧配合形成加热通道(210)，以使高温尾气能够进入所述加热通道(210)并对所述芯体组件(300)内的混合反应气体进行加热。2.根据权利要求1所述的催化重整反应装置，其特征在于，还包括进气管(500)和出气管(600)，所述壳体(200)设有进气口(220)和出气口(230)，所述进气管(500)连接于所述壳体(200)外侧并连通所述进气口(220)，所述出气管(600)连接于所述壳体(200)外侧并连通所述出气口(230)，高温尾气能够依次通过所述进气管(500)和所述进气口(220)进入所述加热通道(210)，并依次通过所述出气口(230)和所述出气管(600)离开所述加热通道(210)。3.根据权利要求2所述的催化重整反应装置，其特征在于，所述芯体组件(300)还包括通道隔板(390)，多个所述反应管(310)分别穿过所述通道隔板(390)，且所述通道隔板(390)和所述壳体(200)的内壁配合，以将所述加热通道(210)分隔成第一通道(211)和第二通道(212)；所述进气口(220)和所述出气口(230)设于所述壳体(200)的同一端并沿着所述反应管(310)的轴向间隔设置，所述通道隔板(390)设于所述进气口(220)和所述出气口(230)之间，且所述通道隔板(390)远离所述进气口(220)和所述出气口(230)的一端设有连通所述第一通道(211)和所述第二通道(212)的缺口(391)，以使所述进气口(220)依次通过所述第一通道(211)、所述缺口(391)和所述第二通道(212)连通所述出气口(230)。4.根据权利要求1所述的催化重整反应装置，其特征在于，所述芯体组件(300)还包括第一挡板(330)，所述第一挡板(330)密封盖设于所述混合腔(120)靠近所述芯体组件(300)的一端，且多个所述反应管(310)分别穿过所述第一挡板(330)并连通所述混合腔(120)。5.根据权利要求4所述的催化重整反应装置，其特征在于，所述芯体组件(300)还包括第一扰流丝网(340)，所述第一扰流丝网(340)设于所述反应管(310)靠近所述混合腔(120)的一侧，且所述第一扰流丝网(340)设有多个均匀分布的第一扰流孔(341)，所述第一扰流孔(341)的孔径小于所述反应管(310)的内径，以使所述混合腔(120)内的混合反应气体能够通过所述第一扰流孔(341)进入各个所述反应管(310)。6.根据权利要求1所述的催化重整反应装置，其特征在于，所述催化丝网呈钢丝球状。7.根据权利要求1所述的催化重整反应装置，其特征在于，所述催化丝网呈螺旋状。8.根据权利要求1所述的催化重整反应装置，其特征在于，所述催化丝网和所述反应管(310)的内壁焊接。
9.根据权利要求1所述的催化重整反应装置，其特征在于，所述芯体组件(300)还包括多个层叠设置的换热翅片(320)，多个所述反应管(310)分别依次穿过多个所述换热翅片(320)。10.一种新能源汽车，其特征在于，包括如权利要求1-权利要求9任意一项所述的催化重整反应装置。

技术总结
本申请涉及一种催化重整反应装置及新能源汽车，催化重整反应装置包括进气端盖、壳体和芯体组件，进气端盖设有扩散通道和混合腔，扩散通道连通于混合腔的一端，从远离混合腔的一端至靠近混合腔的一端，扩散通道的横截面积呈增大的趋势。芯体组件包括反应管和对应设于每一反应管内的催化丝网，催化丝网的表面设有用于催化混合反应气体发生反应的催化剂层，多个反应管并联设置并分别连通于混合腔远离扩散通道的一端。壳体套设于芯体组件的外侧并与芯体组件的外侧配合形成加热通道。本申请提供的催化重整反应装置及新能源汽车，解决了现有的重整器内的混合气体的转化率较低的问题。的重整器内的混合气体的转化率较低的问题。的重整器内的混合气体的转化率较低的问题。


技术研发人员：范顶峰 陈勇 沈天宇
受保护的技术使用者：浙江银轮机械股份有限公司
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/7/20