SE520006C2 - Anordning, metod vid tillverkning och metod vid genomförande av katalytiska reaktioner i plattvärmeväxlare - Google Patents

Anordning, metod vid tillverkning och metod vid genomförande av katalytiska reaktioner i plattvärmeväxlare

Info

Publication number
SE520006C2
SE520006C2 SE0103125A SE0103125A SE520006C2 SE 520006 C2 SE520006 C2 SE 520006C2 SE 0103125 A SE0103125 A SE 0103125A SE 0103125 A SE0103125 A SE 0103125A SE 520006 C2 SE520006 C2 SE 520006C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
heat exchanger
medium
catalyst
openings
elements
Prior art date
Application number
SE0103125A
Other languages
English (en)
Other versions
SE0103125L (sv
SE0103125D0 (sv
Inventor
Fredrik A Silversand
Original Assignee
Catator Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Catator Ab filed Critical Catator Ab
Priority to SE0103125A priority Critical patent/SE520006C2/sv
Publication of SE0103125D0 publication Critical patent/SE0103125D0/sv
Priority to PCT/SE2002/001632 priority patent/WO2003025490A1/en
Priority to AT02798872T priority patent/ATE345482T1/de
Priority to DE60216131T priority patent/DE60216131D1/de
Priority to US10/488,139 priority patent/US20040241060A1/en
Priority to JP2003529076A priority patent/JP2005503258A/ja
Priority to EP02798872A priority patent/EP1430265B1/en
Publication of SE0103125L publication Critical patent/SE0103125L/sv
Publication of SE520006C2 publication Critical patent/SE520006C2/sv

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
    • F28F3/086—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning having one or more openings therein forming tubular heat-exchange passages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/2475—Membrane reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/249—Plate-type reactors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0297—Arrangements for joining electrodes, reservoir layers, heat exchange units or bipolar separators to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H01M8/04074—Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
    • B01J2219/0824—Details relating to the shape of the electrodes
    • B01J2219/0826—Details relating to the shape of the electrodes essentially linear
    • B01J2219/0828—Wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0881—Two or more materials
    • B01J2219/0883—Gas-gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0892—Materials to be treated involving catalytically active material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2451—Geometry of the reactor
    • B01J2219/2453—Plates arranged in parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2451—Geometry of the reactor
    • B01J2219/2456—Geometry of the plates
    • B01J2219/2459—Corrugated plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2461—Heat exchange aspects
    • B01J2219/2462—Heat exchange aspects the reactants being in indirect heat exchange with a non reacting heat exchange medium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2475—Separation means, e.g. membranes inside the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2476—Construction materials
    • B01J2219/2477—Construction materials of the catalysts
    • B01J2219/2482—Catalytically active foils; Plates having catalytically activity on their own
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2476—Construction materials
    • B01J2219/2483—Construction materials of the plates
    • B01J2219/2485—Metals or alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2476—Construction materials
    • B01J2219/2483—Construction materials of the plates
    • B01J2219/2485—Metals or alloys
    • B01J2219/2486—Steel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H01M8/0668—Removal of carbon monoxide or carbon dioxide
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

520 Uti-ff: 2 meväxlaren, men detta medför att den intima kopplingen mellan katalysatorn och värmeväxlaren mer eller mindre går förlorad.
Ytterligare ett problem med sådana katalytiska värmeväxlare är att temperaturstyrning försvåras, varvid temperaturen kan bli ojämn i den kataly- tiska värmeväxlaren.
Det är också möjligt att belägga tuber med katalysator, varvid kataly- tiska tubvärmeväxlarelement kan framställas. Tubvärmeväxlare medger dock inte samma kompakthet som plattvärmeväxlare, vilket är en avsevärd nack- del.
Ytterligare ett problem med katalytiska värrneväxlare av känd teknik fö- religger då stegvis inblandning av sekundära komponenter önskas. l konventionella anordningar utnyttjas komplexa system av tuber och turbulatorer för att åstadkomma denna inblandning. En nackdel med sådana konstruktioner är att de är otympliga, ineffektiva och dyra.
UPPFINNINGEN l SAMMANFATTNING Ett syfte med uppfinningen är att undvika ovan angivna nackdelar och problem med katalytiska värrneväxlare av känd teknik. Anordningen i enlighet med uppfinningen medför att en mycket effektiv katalytisk plattvärrneväxlare erhålls med god temperaturkontroll och värmeöverföring. I vissa utföranden av uppfinningen möjliggörs även effektiv stegvis inblandning av ett sekundärt reaktionsmedium. Ytterligare ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en effektiv metod vid genomförande av katalytisk reaktion under samtidig värmeväxling. Ännu ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en metod vid tillverkning av en sådan anordning enligt uppfinningen.
Anordningen enligt uppfinningen kan innefatta ett flertal plattvärmeväx- larelement som utformats så att det medium som skall behandlas katalytiskt kan strömma genom värmeväxlarelementen medan värmeväxlingsmediet strömmar inuti värmeväxlarelementen. Värmeväxlareiementen innefattar plå- tar som exempelvis försetts med Iämpligt pilmönster för att förbättra ström- ningsbild och värmeöverföring samt innefattar ett mönster av genomgående p4054se00ps; utf. av AH 2001-07-23, senast modifierat 2001-09-19 av AP; utskrivet 2001-09-19Albin Persson 520 Ûütš 3 öppningar med lämplig densitet. Plåtarna är vidare profilerade så att försänk- ningar bildas i värrneväxlarelementen i anslutning till öppningarna. Plåtarna kan vara anordnade med utskjutande partier, i vilka utskjutande partier öpp- ningarna är anordnade. Plåtarna anordnas lämpligen parvis så att de utskju- tande partierna hos en första platta är riktade mot de utskjutande partierna hos en andra platta. De utskjutande partierna hos plattorna bildar försänk- ningarna i värmeväxlarelementen. Avståndet mellan plåtarna är således mindre kring öppningarna, varvid läppspalter skapas kring öppningarnas peri- feri. Plåtarna sammanfogas parvis genom en lödningsprocess varvid lodet genom kapillärkrafter kan sugas in i läppspalterna och härvid tätar öppning- arnas omkrets respektive ger sammanfogning av plattorna längs kanterna.
Som lod används företrädesvis koppar- eller nickelbaserade legeringar. Vär- meväxlingsmediet leds in och ut genom separata portar, som formats i plat- torna. Plattmaterialet skall vara pressbart så att lämpligt pilmönster och mönster av öppningar kan åstadkommas. Vidare gäller att materialet i före- kommande fall skall ha hög beständighet mot korrosiva medier samt ha god värmebeständighet. Exempel på lämpliga material kan vara rostfria stål, stål- typer innehållande krom, nickel eller aluminium (t.ex. Kanthal).
Genom att sammanfoga värrneväxlarelementen via in- och utloppspor- tama erhålls en värmeväxlarestruktur där elementen kan värmas/kylas av det strömmande värrneväxlingsmediet, samtidigt som det medium som skall be- handlas katalytiskt kan strömma genom vänneväxlarelementen. För åstad- kommande av katalytisk aktivitet kan värmeväxlarelementen beläggas med ett katalytiskt skikt, företrädesvis enligt en metod som innefattar termisk sprutning. Som ett alternativ kan katalytiskt belagda nätstrukturer placeras mellan värrneväxlarelementen så att tennisk kontakt via konduktion och strålning erhålls.
Det är välkänt att många katalytiska reaktioner ger ett bristfälligt utbyte till följd av kraftiga temperaturgradienter i katalysatorbädden. len konventio- nell katalysatorbädd är det inte möjligt att på något enkelt sätt tillföra eller bortföra värrne, vilket leder till ett bristfälligt katalysatorutnyttjande. l fallet med endoterma reaktioner (t.ex. ångreforrnering) underkyls en konventionell bädd varvid reaktionerna avstannar. I fall med kraftigt exoterma reaktioner p4054se00ps; utf. av AH 2001-07-23, senast modifierat 2001-09-19 av AP; utskrivet 2001 -09-1 9Albin Persson 520 006 4 (t.ex. katalytisk oxidation) erhålls i konventionella katalysatorbäddar skenan- de förlopp som kan medföra katalysatordeaktivering och bristfällig selektivi- tet.
Enligt föreliggande uppfinning kan katalysatorns temperatur hållas på en förutbestämd och kontrollerbar nivå samtidigt som axiella och radiella temperaturgradienter kan undvikas. Mönstret av öppningarna i värmeväxlar- elementen kan utformas på olika sätt och med olika densitet för att erhålla en strömnings- och vänneväxlíngsbild som är lämplig för en viss applikation. l en speciell utformning av uppfinningen sker enbart kantlödning av plattorna i värmeväxlarelementet. Härmed uppstår tunna läppspalter längs öppningamas periferi, varvid ett sekundärt reaktionsmedium kan tillföras det medium som skall behandlas katalytiskt på ett synnerligen effektivt sätt. Det sekundära reaktionsmediet tillförs härvid via inloppsporten i värrneväxlarele- mentet varvid utloppsporten blockeratsleliminerats. Genom att det sekundära reaktionsmediet som strömmar genom läppspalterna tillförs det medium som ska behandlas katalytiskt i öppningarna med hög hastighet, sker en god om- blandning på makro- och mikronivå. Denna typ av kantlöda element öppnar helt nya möjligheter då det gäller att stegvis tillföra ett sekundärt reaktions- medium genom en katalytisk reaktor. Ett exempel på en tänkbar tillämpning kan vara stegvis förbränning, varvid luft tillförs på olika positioner längs kata- lysatorbädden. En annan tillämpning för denna typ av kantlöda element är i bränslecellsammanhang, där elementet kan fungera som kombinerad ledare, gasfördelningsplatta och elektrod.
Genom detaljerade beräkningar och designstudier har det visat sig möjligt att framställa plattvärmeväxlarelement som medger en tvärströmning av medierna. Härvid kan en synnerligen god temperaturkontroll erhållas sam- tidigt som plattvärrneväxlarelementen enkelt kan sammanfogas till en kataly- tisk reaktor. Genom att det medium som skall behandlas katalytiskt strömmar genom katalysatorn kan den utnyttjas på ett synnerligen effektivt sätt varvid uppenbara strukturella och ekonomiska fördelar erhålles. Värmeväxlingsme- diet strömmar inuti värrneväxlarelementen och i en riktning tvärs det medium som skall behandlas katalytiskt. Värmeöverföring sker i öppningarna och på p4054se00ps; utf. av AH 2001-07-23, senast modifierat 2001-09-19 av AP; utskrivet 2001-09-19Albin Persson 520 006 ytorna genom konvektion samt mellan katalysator och värmeväxlareytorna via konduktion och strålning. Beräkningar visar att temperaturskillnaden mel- lan katalysator och värmeväxlareytorna kan begränsas till några få °C, även i fallet med extremt endoterrna och exoterma reaktioner.
Kantlöda plattvärmeväxlarelement av denna typ kan utnyttjas för att lösa ett annan stort processkatalytiskt problem, nämligen stegvis inblandning av sekundära komponenter. I konventionella reaktorer utnyttjas komplexa system av tuber och turbulatorer för att åstadkomma denna inblandning.
Dessa konstruktioner är otympliga, ineffektiva och dyra. Kantlöda värrneväx- larelement kan utformas så att en smal spalt erhålles längs öppningarnas periferi. Genom att tillföra det sekundära reaktionsmediet i inloppsporten och blockera/eliminera utloppsporten tvingas det sekundära reaktionsmediet att passera in genom spalterna med hög hastighet varvid extremt god ombland- ning och homogenisering sker. Genom att placera sådana värrneväxlarele- ment i serie kan det sekundära reaktionsmediet tillföras stegvis, vilket är en fördel vid tex. stegvis förbränning, partialoxidation av kolväten eller selektiv oxidation av kolmonoxid. Det sekundära reaktionsmediet värrneväxlas dess- utom innan det tillförs i läppspalterna vid öppningarna.
Sammanfattningsvis gäller att uppfinningen löser två dominerande och hittills begränsande problemområden inom katalytisk processteknik: a) Uppfinningen möjliggör en extremt god temperaturkkontroll var- vid katalysatorns prestanda kan utnyttjas maximalt med avseende på aktivi- tet, selektivitet och hållbarhet b) Uppfinningen kan möjliggöra ett extremt enkelt och effektivt sätt för stegvis tillförsel av sekundära reaktionsmedier varvid helt nya processför- lopp möjliggörs p4054se00ps; utf. av AH 2001-07-23, senast modifierat 2001-09-19 av AP; utskrivet 2001 -09-1 9Albin Persson KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen ska nu närmare beskrivas med hjälp av utföringsexem- pel under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka Fig. 1 är en schematisk perspektiwy av anordningen enligt ett utföran- de av uppfinningen, Fig. 2 är en principiell tvärsektionsvy av ett värmeväxlarelement, vi- sande öppningarna i värmeväxlarelementet enligt ett utförande av uppfin- ningen, Fig. 3 är en principiell tvärsektionsvy av ett värmeväxlarelement, vi- sande öppningarna i värmeväxlarelementet enligt ett alternativt utförande av uppfinningen, Fig. 4 är en principiell perspektivvy av ett värmeväxlarelement, visande katalysatorns utförande enligt ett utförande av uppfinningen, Fig. 5 är en principiell perspektiwy av ett katalytiskt nät, visande kata- lysatorns utförande enligt ett alternativt utförande av uppfinningen, Fig. 6 är en schematisk vy av en värrneväxlarreaktor innefattande värmeväxlarelement enligt uppfinningen, Fig.? är en schematisk vy av en reaktorkonstruktion innefattande kant- löda värmeväxlarelement, och Fig. 8 är en schematisk vy av ett bränslecellelement baserat på upp- finningen.
UPPFINNINGEN Med hänvisning till Fig. 1 åskådliggörs värmeväxlarelement 10 med däremellan anordnad katalysator 11 under bildande av en värmeväxlarreak- tor. Ett flertal vänneväxlarelement 10 med däremellan anordnade katalysato- rer 11 kan anordnas efter önskemål. l figurerna är avstånd, dimensioner och p4054se00ps; utf. av AH 2001-07-23, senast modifierat 2001-09-19 av AP; utskrivet 2001-09-19Albin Persson 520 006 7 proportioner anpassade för att vara mer överskådliga och för ökad förståelse av uppfinningen. Avstånd, proportioner och dimensioner överensstämmer således inte nödvändigtvis med verkligheten. Exempelvis är avstånden mel- lan värmeväxlarelementen och katalysatorn i Fig. 1 avsevärt större än i en verklig anordning.
Värmeväxlarelementen 10 är i det visade utförandet huvudsakligen rektangulärt utförda. Även andra former kan vara lämpliga att utnyttja bero- ende på aktuell applikation och omständigheteri övrigt. Värmeväxlarelemen- ten 10 innefattar en inloppsport 12 och en utloppsport 13 för åtminstone ett första medium så att det första mediet kan strömma in i värmeväxlarelemen- ten 10 via inloppsporten 12 i pilens A riktning och ut genom utloppsporten 13 i pilens B riktning. Flödesriktningen kan även vara den motsatta. Det första mediet är lämpligen ett värmeväxlarmedium avsett att värmeväxlas mot ett andra medium. Det andra mediet är ett medium som ska behandlas kataly- tiskt i anordningen enligt uppfinningen samt värrneväxlas mot det första me- diet. inloppsporten 12 är i det visade utförandet anordnad väsentligen vid ett hörn av värmeväxlarelementen 10 och utloppsporten 13 är anordnad väsent- ligen vid ett hörn på i värmeväxlarelementens 10 sträckning motsatt sida av värmeväxlarelementen 10. inloppsporten 12 och utloppsporten 13 kan vara utförda på konventionellt sätt.
Värmeväxlarelementen 10 innefattar vidare ett flertal genomföringar i form av genomgående öppningar 14. Öppningarna 14 löper tvärs genom värmeväxlarelementens 10 plan. Öppningarna 14 är avsedda för att leda åt- minstone det andra mediet genom värmeväxlarelementen 10, exempelvis i pilens C riktning, så att det andra mediet kan passera från en sida av värme- växlarelementet 10 till motsatt sida därav. Värmeväxlarelementen 10 innefat- tar således tvärs värmeväxlarelementens 10 plan anordnade genomgående öppningar 14, varigenom åtminstone det andra mediet kan strömma för strömning mot katalysatorn 11 och för värrneväxling mot det i vänneväxlar- elementen 10 strömmande första mediet. Öppningarna 14 är anordnade med lämplig densitet. Det är möjligt att utforma mönstret av Öppningarna 14 på många skilda sätt; placering, form, diameter, densitet etc. I vissa fall kan hela värmeväxlarelementet 10 täckas av ett sådant mönster medan man i andra p4054se00ps; utf. av AH 2001-07-23, senast modifierat 2001-09-19 av AP; utskrivet 2001-09-19Albin Persson 520 005 8 tillämpningar endast skapar öppningar 14 i delar av värmeväxlarelementen för att härigenom åstadkomma en ökad omblandning/omfördelning av flö- det eller strömningen. värmeväxlarelementen 10 innefattar vidare ett på ytorna hos vänne- växlarelementen 10 anordnat pilmönster 15 för att förbättra strömningsbild och värmeöverföring. Pilmönstret 15 är således utfört så att vid värrneväxlar- elementens 10 ytor strömmande medier, fördelas över ytorna.
Med hänvisning även till Fig. 2 innefattar värmeväxlarelementen 10 parvis motstående och inbördes förbundna plattor 16, 17. Värmeväxlarele- menten 10 innefattar en profilerad första platta 16 förbunden med en profile- rad andra platta 17 under bildande av ett för det första mediet via inloppspor- ten 12 tillgängligt utrymme 18 varvid det första mediet kan strömma i vänne- växlarelementet 10. Plattoma 16, 17 pressas så att profilerna eller öppning- arna 14 och pilmönstret 15 erhålls. Plattorna 16, 17 är utförda av lämpligt material och med lämplig tjocklek. Plattmaterialet skall vara pressbart så att lämpligt pilmönster och öppningar kan åstadkommas. Materialet är företrä- desvis rostfritt stål men kan också vara material med hög beständighet mot korrosion respektive utgöras av material med hög värmebeständighet såsom exempelvis en legering innehållande järn, krom, aluminium, nickel eller lik- nande metaller. Tjockleken på plattorna 16, 17 är beroende på vilket press- djup som önskas men ligger företrädesvis mellan 0.1 och 1.0 mm.
Mellan plattorna 16, 17 skapas utrymmet 18 genom vilket utrymme 18 ett medium kan strömma. I det visade utförandet är utrymmet 18 avsett för det första mediet så att det kan strömma från inloppsporten 12 genom ut- rymmet 18 och ut genom utloppsporten 13, för värmeväxling av det andra mediet som strömmar genom värmeväxlarelementets 10 öppningar 14 i pi- larnas C riktning och vid ytorna hos vänneväxlarelementet 10 utanför utrym- met 18.
Värrneväxlarelementen 10 innefattar parvis motstående kring varje öppning 14 anordnade försänkníngar 19, vilka försänkningar 19 är utförda som nedsänkningar i värrneväxlarelementen 10 under bildande av en läpp- spalt 20 kring en periferi hos öppningarna 14. Plåtarna 16, 17 är profilerade p4054se00ps; utf. av AH 2001-07-23, senast modifierat 2001-09-19 av AP; utskrivet 2001-09-19Albin Persson 520 006 9 så att försänkningarna 19 bildas i värmeväxlarelementen 10 i anslutning till öppningama 14. Plåtarna 16, 17 är anordnade med utskjutande partier, ivil- ka utskjutande partier öppningarna 14 är anordnade. Plåtarna 16, 17 är an- ordnade parvis så att de utskjutande partierna hos den första plattan 16 är riktade mot de utskjutande partierna hos den andra plattan 17. De utskjutan- de partierna hos plattorna bildar försänkningarna 19 i värmeväxlarelementen . Således är avståndet mellan plattorna 16, 17 mindre vid försänkningarna 19 så att läppspalterna 20 skapas kring öppningarna 14. försänkningarna 19 är lämpligen större än öppningama 14. I det visade utförandet är försänk- ningarna 19 och öppningarna 14 huvudsakligen cirkulära och försänkningar- na 19 har större diameter än öppningarna 14. Öppningama 14 är placerade huvudsakligen vid en centrumpunkt hos försänkningama 19. Läppspalterna skapas lämpligen mellan plattomas kontaktpunkter vid pressningen av plattorna.
I det i Fig. 2 visade utförandet är läppspaltema 20 blockerade med hjälp av ett lod 21 så att medier inte kan passera mellan utrymmet 18 och öppningama 14. Lodet 21 förbinder även plattorna 16, 17 inbördes. Företrä- desvis placeras ett lod av lämplig kvalitet mellan plattorna 16, 17 före press- ningen så att detta erhåller samma mönster som plattorna 16, 17. Som lod används företrädesvis koppar- eller nickelbaserade legeringar. Den skapade strukturen upphettas sedan i vakuum eller i skyddsgas varvid lodet av kapil- lärkrafter sugs in i och tätar samtliga läppspalter 20 respektive längs plattor- nas 16, 17 periferier och kring in- och utloppsportar 12, 13. På detta sätt har ett vänneväxlarelement 10 med öppningar 14 genom elementet, genom vilka det andra mediet som skall behandlas katalytiskt kan passera, skapats. Fig. 2 visar således i närbild hur läppspalterna 20 i öppningama 14 tätats av lodet 21 till följd av en lödningsprocess.
Med hänvisning till Fig. 3 visas ett alternativt utförande av värrneväx- larelementen 10 enligt uppfinningen. l detta alternativa utförande kantlödas värmeväxlarelementet 10, varvid läppspalterna 20 vid öppningarna 14 läm- nas öppna. Således kan ett sekundärt reaktionsmedium strömma från ut- rymmet 18 in i det andra mediet via läppspalterna 20. Det sekundära reak- tionsmediets flödesriktning åskådliggörs i Fig. 3 med hjälp av pilarna D. Det p4054se0Ops; utf. av AH 2001-07-23, senast modifierat 2001 -09-1 9 av AP; utskrivet 2001-09-19Albin Persson 520 Ûtflö =--; f. sekundära reaktionsmediet förs lämpligen in i värmeväxlarelementet genom inloppsporten 12. Spalthöjden kan härvid varieras i samband med pressning- en. Genom att blockeraleliminera utloppsporten 13 tvingas det sekundära reaktionsmediet att passera ut genom Iäppspalterna 20 och in i det flöde som passerar genom öppningarna 14. Härvid erhålls en mycket jämn och i det närmaste homogen inblandning av det sekundära reaktionsmediet. Genom att placera ett antal vänneväxlarelement 10 av denna typ i serie åstadkom- mes en stegvis inblandning av det sekundära reaktionsmediet, vilket medger helt nya möjligheter.
Med hänvisning till Fig. 4 visas ett värmeväxlarelement 10 utrustat med katalysatorn 11 enligt ett utförande av föreliggande uppfinning. Vänne- växlarelementen 10 innefattar ett katalytiskt skikt anordnat vid de ytor hos värmeväxlarelementet 10, varvid åtminstone det andra mediet strömmar. Ka- talysatorn 11 är således anordnad vid de ytor hos plattorna 16, 17 varvid öppningarna 14 mynnar. värmeväxlarelementet 10 är anordnat så att det första mediet strömmar mot en med katalysator belagd yta för katalytisk reak- tion eller omvandling och för värmeväxling mot det i värmeväxlarelementet strömmande första mediet. Det andra mediet strömmar därefter genom öppningarna 14, varvid ytterligare värmeväxling sker, och ut mot ytterligare en katalysatorbelagd yta för vidare katalytisk reaktion eller omvandling samt värrneväxling. Alternativt är värmeväxlarelementet 10 anordnat med öppna läppspalter 20 för tillförsel av ett sekundärt reaktionsmedium. Företrädesvis beläggs plattorna 16, 17 med katalysatorn 11 genom termisk sprutning för god termisk kontakt mellan värrneväxlaryta och katalysator 11. Tjockleken på det katalytiska skiktet ligger företrädesvis inom intervallet 20 um till 500 um.
Katalysatorn 11 kan påföras direkt på värmeväxlingsytorna, företrädesvis genom en termisk sprutprocess.
Sådana termiska sprutprocesser för framställning av porösa keramiska katalysatorer i form av katalytiskt aktiva nät och katalytiska skikt är exempel- vis flamsprutning, luftplasmasprutning, höghastighetssprutning, detonations- sprutning, ljusbågesprutning, skyddsgasplasmasprutning, vakuumplas- masprutning och laserbaserade metoder för ytbeläggning. En nätstruktur el- p4054se00ps; utf. av AH 2001 -07-23, senast modifierat 2001-09-19 av AP; utskrivet 2001-09-19Albin Persson 520 006 11 ler en yta beläggs med ett poröst keramiskt skikt genom någon termisk sprut- forrnningsprocess, företrädesvis flam- eller luftplasmasprutning.
Ytan är belagd med ett poröst keramiskt skikt genom en termisk spru- formningsprocess, varvid det keramiska skiktet har en porstruktur med mak- roporer. Ett ytförstorande keramiskt material deponeras i makroporerna och det katalytiskt aktiva materialet påförs det ytförstorande keramiska skiktet, varvid som aktivt material används ädelmetaller, metalloxider eller bland- ningar av dessa.
Det keramiska skiktet kan bestå av en mångfald material, dock före- trädesvis av zirkoniumoxid eller aluminiumoxid. För att erhålla en ökad och väldefinierad porstruktur sker inblandning av brännbara komponenter (t.ex. polymera eller vegetabiliska material) i det keramiska utgångsmaterialet för sprutformningsprocessen. Efter sprutformningen sker förbränning av den brännbara komponenten i tvåfasskiktet, varvid en väldefinierad porstruktur skapas. Genom att fälla ut ett keramiskt material i det porösa sprutforrnade skiktet erhålls en signifikant förstoring av det keramiska skiktets specifika yta (m2/g keramiskt material), vilket erfordras för att tillräcklig katalytisk aktivitet skall kunna erhållas. Den utfällda keramiska fasen kan bestå av ett flertal olika material, dock företrädesvis aluminiumoxid, kiseldioxid, titandioxid, zir- koniumoxid eller blandningar av dessa. Det ytförstorande skiktet kan också appliceras som ett täckskikt ovanpå det sprutformade skiktet. Det sprutfor- made skiktets ojämna ytstruktur utgör härvid ett effektivt underlag för täck- skiktet, vilket kan anbringas genom en slamgjutningsprocess. Den specifika ytan kan även ökas i väsentlig omfattning genom att ett keramiskt pulver de- poneras in i partikelstrålen från den terrniska sprutforrnningsutrustningen.
Kravet är härvid att det deponerade keramiska pulvret har en hög specifik yta samt att deponeringen sker i omedelbar närhet av substratytan. Härigenom sker ingen signifikant upphettning av det deponerande pulvret varvid sint- ringsprocesser, vilka leder till minskning av den specifika ytan, undviks. Det keramiska skiktet framställt enligt metod 1) direktsprutning + sekundär ytför- storing genom utfällning eller metod 2) sprutning med samtidig deponering av keramiskt pulver eller en kombination av metod 1) och 2) beläggs därefter p4054se00ps; utf. av AH 2001-07-23, senast modifierat 2001-09-19 av AP; utskrivet 2001-09-19Albin Persson M, i, 0 i) ö 520 12 med katalytiskt aktivt material genom ett impregneringsförfarande. Vid im- pregneringen mättas det keramiska skiktets porstruktur med en lösning inne- hållande den aktiva komponenten, vilken kan bestå av ädelmetaller, över- gångsmetaller eller kombinationer av dessa. Efter impregneringssteget tor- kas nätstrukturen varefter upphettning sker i oxiderande eller reducerande miljö.
Med hänvisning till Fig. 5 är katalysatorn 11 enligt ett alternativt utfö- rande av uppfinningen anordnad på katalytiskt aktiva nätstrukturer som är utförda för placering mellan värrneväxlarelementen 10 så att det första medi- et, och eventuellt det sekundära reaktionsmediet, kan strömma därigenom.
Sådana katalytiskt aktiva nätstrukturer är placerade mellan värmeväxlarele- menten så att termisk kontakt via konduktion och strålning erhålls. De kataly- tiskt aktiva näten är lämpligen utrustade med urtagningar motsvarande inloppsporten 12 och utloppsporten 13. Beroende på en förhållandevis god termisk kontakt mellan det katalytiskt aktiva nätet och värmeväxlarytorna er- hålls i det närmaste isoterrna betingelser. Det är möjligt att dimensionera av- ståndet mellan värmeväxlarelementen 10 så att ett flertal katalytiskt aktiva nät får plats. Avståndet mellan värmeväxlarelementen 10 kan dessutom vari- eras längs anordningens längd. Katalysatorn 11 kan, beroende på tillämp- ning, innefatta ett stort antal material. Generellt innefattar katalysatom 11 dock en porös struktur som ytförstorats med lämpligt keramiskt material, så- som exempelvis aluminiumoxid (alumina), kiseldioxid (silika), titandioxid (tita- nia) eller zeoliter, och som sedan belagts med någon aktiv fas, som till ex- empel ädelmetaller, metaller, metalloxider eller kombinationer av dessa. Då katalysatorn 11 uppbärs av nät kan nätstrukturen bestå av ett metallnät eller polymernät som försetts med katalytisk beläggning, företrädesvis genom tennisk sprutning. Nätstrukturen kan, beroende på tillämpning, ha valfri poro- sitet och trådtjocklek.
Med hänvisning till Fig. 6 är ett flertal värmeväxlarelement 10 och kata- lysatorelement med katalysatorn 11 placerade i serie, varvid en värrneväxlar- reaktor erhålls. Katalysatorelementen är förbundna via in- och utloppsportar- na 12, 13 genom pressning, lödning eller svetsning. Katalysatorn 11 är an- ordnad mellan värmeväxlarelementen iforrn katalytiskt aktiva nätstrukturer. p4054se00ps; utf. av AH 2001-07-23, senast modifierat 2001-09-19 av AP; utskrivet 2001 -09-1 9Albin Persson 520 G06 13 Alternativt är katalysatorn 11 utförd som katalytiska beläggningar. Då kataly- satorn 11 innefattar nätstrukturer kan sådana i efterhand införas mellan vär- meväxlarelementen 10. Hela konstruktionen placeras därefter i ett hölje 22 som medger en tätning och isolering längs konstruktionens periferi. Det and- ra mediet som ska behandlas katalytiskt leds härvid i axiell riktning längs an- ordningen, vilket åskådliggörs med pilarna E, och fördelas i mellanrum mel- lan värrneväxlarelementen 10, vilka mellanrum innefattar katalysatorn 11. Det andra mediet leds genom anordningen via öppningama 14. Således bringas det andra mediet i kontakt med katalysatorn 11 för katalytisk reaktion och ytorna hos värmeväxlarelementen 10 för värmeväxling. Det första mediet, eller värmeväxlingsmediet, leds in via ett förenat inlopp 23 i pilens F riktning och parallelldistribueras i samtliga värmeväxlarelement 10 via inloppsportar- na 12. Det första mediet leds därefter ut i ett förenat utlopp 24 i pilens G rikt- ning via utloppsportarna 13.
Fig. 7 visar ett exempel på hur kantlöda värmeväxlarelement 10 kan utnyttjas i en reaktorkonstruktion för att effektivt och stegvis tillföra ett sekun- därt reaktionsmedium till ett flöde. l det i Fig. 7 visade utföringsexemplet in- nefattar anordningen ett flertal i serie förbundna värmeväxlarelement 10.
Värrneväxlarelementen 10 är förbundna via det förenade inloppet 23 som står i förbindelse med inloppsportarna 12, varigenom det sekundära reak- tionsmediet kan tillföras i pilens H riktning och fördelas i utrymmena 18 i vär- meväxlarelementen 10. Vidare omsluter det med isolering och tätning utrus- tade höljet 22 värmeväxlarelementen 10. I det i Fig. 7 visade utföringsexemp- let är läppspalterna 20 öppna, vilket beskrivits i samband med Fig. 3. Det sekundära reaktionsmediet tillförs det förenade inloppet 23 och parallelldistri- bueras till de olika, seriekopplade kantlöda värmeväxlarelementen 10. Det sekundära reaktionsmediet tvingas passera ut genom läppspalterna 20 i öppningarna 14 och blandas härvid mycket effektivt med det flöde som pas- serar genom öppningama 14, vilket visas med hjälp av pilama l, under sam- tidig värmeväxling. Således tillförs det sekundära reaktionsmediet det i axiell riktning genom anordningen strömmande andra mediet.
Fig. 8 visar hur kantlöda värmeväxlarelement 10 kan utnyttjas för att konstruera bränsleceller. Mellan konsekutiva och kantlöda värmeväxlarele- p4054se00ps; utf. av AH 2001-07-23, senast modifierat 2001-09-19 av AP; utskrivet 2001-09-19Albin Persson 520 Gišaš 14 ment 10 är katalytiska elektroder 25 och polymermembran 26 anordnade.
Katalysatorn, företrädesvis en katalytiskt aktiv nätstruktur, står härvid i elekt- risk förbindelse med värmeväxlarelementet 10 och ijonisk kontakt med po- lymermembranet 26. I en alternativ utformning kan värmeväxlarelementet 10 förses med ett katalytiskt skikt, varvid nätstrukturen ersätts. l en sådan ut- formning fungerar vämieväxlarelementet såsom gasfördelningsplatta, elek- trod och ledare. l det i F ig. 8 visade utföringsexemplet innefattar anordningen ett flertal i serie förbundna värmeväxlarelement 10. Anordningen innefattar vidare ett för syrgas/luft anordnat första inlopp 27 som står i förbindelse med vartannat värmeväxlarelement 10 via inloppsportar 12 och ett för vätgas anordnat and- ra inlopp 28 som står i förbindelse med vartannat värrneväxlarelement 10 via inloppsportar 12. Det första inloppet 27 är anordnat vid en sida av anord- ningen och det andra inloppet 28 är anordnat vid motstående sida av anord- ningen så att syrgas/luft introduceras i pilens J riktning och vätgas introduce- ras i pilens K riktning. Värmeväxlarelementen 10 är anordnade med utrym- met 18, öppningarna 14 och läppspalterna 20 såsom ovan beskrivits. Vidare är värmeväxlarelementen 10 blockerade i en sida motstående den med in- loppsporten 12 anordnade sidan så att Värmeväxlarelementen 10 tillförda medier endast kan passera ut genom läppspalterna 20. Således är värrne- växlarelementen 10 anordnade så att syrgas/luft strömmar i en riktning i vart- annat värmeväxlarelement 10 och vätgas strömmar i motsatt riktning i reste- rande värmeväxlarelement 10 för att passera läppspalterna 20. Gaserna (vätgas respektive syrgas/luft) strömmar ut genom läppspalterna 20 hos värmeväxlarelementet 10 och bringas i kontakt med katalysatorn 11 varvid en katalytisk reaktion sker under vilken vätgas sönderdelas till vätejoner, som därefter leds genom polymermembranet 26 och katalytiskt rekombineras med syre under bildning av vatten. Syrgas (luft) respektive vätgas tillförs var- vat i den bränslecellstack som erhålls vid seriekoppling av flera enheter.
Restgaser (vätgas, vattenånga, luft) leds ut i värmeväxlarelementens 10 peri- feri, vilket åskådliggörs med hjälp av pilarna L, och uppsamlas där. Potential- skillnaden mellan konsekutiva värmeväxlarelement uppgår till ca 1 V då ing- en strömbelastning sker. Värmeväxlarelementen kopplas i serie, varvid den p4054se00ps; utf. av AH 2001-07-23, senast modifierat 2001-09-19 av AP; utskrivet 2001-09-19Albin Persson 520 006 in» .i totala potentialskillnaden kan anpassas till aktuell applikation. Värmeväxlar- elementen sammanfogas här med icke-ledande kopplingar (t.ex. teflon), var- vid man undviker att parallellkoppla samtliga element. Den elektriska kopp- lingen visas inte i figurerna, utan kan utformas på många olika sätt. p4054se00ps; utf. av AH 2001-07-23, senast modifierat 2001 -09-1 9 av AP; utskrivet 2001-09-19Albin Persson

Claims (23)

10 15 20 25 30 520 006 16 PATENTKRAV
1. Anordning vid genomförande av katalytiska reaktioner i plattvärmeväxlare, innefattande en katalysator (11) och ett flertal inbördes förbundna plattvär- meväxlarelement (10) med en inloppsport (12) för tillförsel av ett första medi- um för värmeväxling mot ett värmeväxlarelementet (10) tillfört andra medium som ska behandlas katalytiskt, k ä n n e te c k n a d av att att att värmeväxlarelementen (10) innefattar en profilerad första platta (16) förbunden med en profilerad andra platta (17) under bildande av ett för det första mediet via inloppsporten (12) tillgängligt utrymme (18) mel- lan plattorna (16, 17), varvid det första mediet kan strömma inuti vär- meväxlarelementet (10), katalysatorn (11) är anordnad tillgänglig för det andra mediet vid dess passage mellan de inbördes förbundna värmeväxlarelementen (10), och värmeväxlarelementen (10) innefattar ett flertal tvärs värmeväxlarele- mentens plan anordnade genomgående öppningar (14), varigenom åtminstone det andra mediet kan strömma för strömning mot katalysa- torn (11) och för värmeväxling mot det i värmeväxlarelementen strömmande första mediet.
2. Anordning enligt krav 1, varvid vänneväxlarelementen (10) innefattar mot- stående försänkningar (19), i vilka försänkningar (19) öppningarna (14) är anordnade under bildande av en läppspalt (20) kring en periferi hos öppning- arna (14). p4054se00ps; utf. av AH 2001-07-23, senast modifierat 2001-09-19 av AP; utskrivet 2001-09-19A|bin Persson 10 15 20 25 30 520 005 17
3. Anordning enligt krav 2, varvid värmeväxlarelementet innefattar ett på ytor hos plattorna (16, 17) anordnat pilmönster (15) för god strömning av medier- na och för god värmeöverföring.
4. Anordning enligt krav 2, varvid, värmeväxlarelementen (10) genom ter- misk sprutning är belagda med ett katalytiskt aktivt skikt innefattande katalysatorn (1 1).
5. Anordning enligt krav 2, varvid katalytiska nätstrukturer, belagda med ka- talysatorn (11) genom termisk sprutning, är anordnade mellan vänneväxlar- elementen (1 O).
6. Anordning enligt krav 2, varvid plattorna (16, 17) inbördes är förbundna via ett längs periferier hos plattorna (16, 17) anordnat lod (21) för förbindning och tätning av plattorna (16, 17).
7. Anordning enligt krav 6, varvid värmeväxlarelementen (10) innefattar en i anslutning till utrymmet (18) anordnad utloppspoit (13), varigenom det första mediet kan strömma ut från utrymmet (18).
8. Anordning enligt krav 7, varvid lodet (21) är anordnat i läppspalterna (20) för blockering därav och kring inloppsportarna (12) och utloppsportarna (13), varigenom utrymmet (18) åtskiljs från öppningarna (14).
9. Anordning enligt krav 6, varvid läppspalterna (20) är anordnade så att ut- rymmet (18) står i förbindelse med öppningarna (14), varigenom ett sekun- därt reaktionsmedium kan tillföras flödet hos det andra mediet som ska be- handlas katalytiskt.
10. Anordning enligt krav 2, varvid ett flertal värmeväxlarelement (10) är för- bundna med inbördes avstånd via åtminstone ett förenat inlopp förbundet med inloppsportarna (12). p4054se00ps; utf. av AH 2001-07-23, senast modifierat 2001-09-19 av AP; utskrivet 2001-09-19Albin Persson 10 15 20 25 30 520 006 is
11. Anordning enligt krav 10, varvid ett flertal värmeväxlarelement (10) är anordnade i ett hölje (22) med isolering och tätning.
12. Anordning enligt krav 2, varvid katalysatorn är utförd som katalytiska elektroder anordnade vid ett polymermembran (26) i värmeväxlarelement (10) under bildande av en bränslecell.
13. Anordning enligt krav 12, varvid anordningen innefattar ett för syrgas/luft anordnat första inlopp (27) som står i förbindelse med vartannat värrneväx- larelement (10) via inloppsportar och ett för vätgas anordnat andra inlopp (28) som står i förbindelse med vartannat värrneväxlarelement (10) via in- loppsportar så att gaserna (vätgas respektive syrgas/luft) strömmar ut genom läppspalterna (20) för kontakt med katalysatorn.
14. Metod vid genomförande av katalytiska reaktioneri plattvärrneväxlare innefattande en katalysator (11), ett flertal inbördes förbundna plattvärrneväx- larelement (10) med en inloppsport (12) för tillförsel av ett första medium för värmeväxling mot ett värmeväxlarelementet (10) tillfört andra medium som ska behandlas katalytiskt, innefattande åtgärderna att leda det första mediet till ett utrymme (18) inuti vänneväxlarelementet (10) via inloppsporten (12), varvid det första mediet kan strömma i en flödesriktning längs värrneväxlarelementet, att bringa det andra mediet i kontakt med värmeväxlarelementet (10) för värmeväxling mot det första mediet, att fördela det andra mediet över värmeväxlarelementets (10) yta med hjälp av ett i värrneväxlarelementets yta anordnat mönster, att leda det andra mediet till i värrneväxlarelementet (10) anordnade för- sänkningar (19), genom i försänkningarna anordnade öppningar (14) p4054se00ps; utf. av AH 2001-07-23, senast modifierat 2001-09-19 av AP; utskrivet 2001-09-19Albin Persson 10 15 20 25 30 520 006 19 och förbi genom försänkningarna och öppningarna bildade läppspalter (20) i en flödesriktning tvärs det första mediets flödesriktning, att bringa det andra mediet i kontakt med katalysatorn (11) för katalytisk reaktion eller omvandling av det andra mediet, och att upprepa förfarandet enligt ovan.
15. Metod enligt krav 14, varvid det första mediet förhindras passera genom läppspalterna (20) med hjälp av ett lod (21).
16. Metod enligt krav 15, varvid det första mediet leds genom utrymmet (18) i värrneväxlarelementet (10) till en utloppsport (13), varvid det första mediet kan föras ut ur värmeväxlarelementet (10).
17. Metod enligt krav 14, varvid ett sekundärt reaktionsmedium införs i ut- rymmet (18) via inloppsporten (12) och via läppspaltema (20) stegvis tillförs flödet hos det andra mediet som ska behandlas katalytiskt.
18. Metod vid tillverkning av katalytisk plattvärmeväxlare innefattande en katalysator (11) och ett flertal inbördes förbundna plattvärrneväxlarelement ( 10) med en inloppsport (12) för tillförsel av ett första medium för värmeväx- ling mot ett värmeväxlarelementet (10) tillfört andra medium som ska be- handlas katalytiskt, k ä n n e te c k n a d av att en första platta (16) och en andra platta (17) fomipressas, varvid ett mönster för fördelning av mot plattomas (16, 17) yta strömmande me- dier bildas, ett mönster av utskjutande partier bildas, öppningar (14) i de utskjutande partierna bildas och inloppsporten (12) bildas, att plattorna (16, 17) parvis sammanfogas med hjälp av ett lod under bil- dande av ett värmeväxlarelement (10), varvid de utskjutande partierna p4054se00ps; utf. av AH 2001-07-23, senast modifierat 2001-09-19 av AP; utskrivet 2001-09-19Albin Persson 10 15 20 25 30 520 ooßíffïš- 20 hos den första plattan (16) placeras mot de utskjutande partierna hos den andra plattan (17) under bildande av motstående försänkningar i värmeväxlarelementet (10) och under bildande av läppspalter (20) kring öppningarnas (14) periferi och varvid ett utrymme (18) till vilket det första mediet kan strömma via inloppsporten (12), att öppningama (14) anordnas tvärs värmeväxlarelementets plan, varvid det andra mediet kan strömma genom värmeväxlarelementet (10) i en riktning tvärs det i värmeväxlarelementet strömmande första mediets flödesriktning, att ett flertal värmeväxlarelement (10) anordnas med lämpligt inbördes avstånd och sammanfogas via inloppsportama (12), och att katalysatorn (11) anordnas tillgänglig för det andra mediet vid dess passage mellan de inbördes förbundna värmeväxlarelementen (1 O).
19. Metod enligt krav 18, varvid katalysatorn (11) appliceras genom en ter- misk sprutningsprocess.
20. Metod enligt krav 19, varvid katalysatorn (11) anordnas på en nätstruk- tur, vilken nätstruktur placeras mellan värrneväxlarelementen.
21. Metod enligt krav 19, varvid katalysatorn (11) anordnas som ett kataly- tiskt skikt på ytor hos värrneväxlarelementen (10).
22. Metod enligt krav 19, varvid lodet anordnas mellan plattorna (16, 17) varefter plattoma parvis formpressas och upphettas så att lodet genom kapil- lärkrafter anordnas vid kanter hos plattorna (16, 17) och i läppspalterna (20) kring öppningarnas (14) periferi under blockering av läppspalterna (20) och under sammanfogning av plattorna (16, 17).
23. Metod enligt krav 19, varvid plattorna (16, 17) kantlödas. p4054se00ps; utf. av AH 2001-07-23, senast modifierat 2001-09-19 av AP; utskrivet 2001 -09-1 9Albin Persson
SE0103125A 2001-09-20 2001-09-20 Anordning, metod vid tillverkning och metod vid genomförande av katalytiska reaktioner i plattvärmeväxlare SE520006C2 (sv)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0103125A SE520006C2 (sv) 2001-09-20 2001-09-20 Anordning, metod vid tillverkning och metod vid genomförande av katalytiska reaktioner i plattvärmeväxlare
PCT/SE2002/001632 WO2003025490A1 (en) 2001-09-20 2002-09-12 Device and method for performing catalytic reactions in a plate heat exchanger
AT02798872T ATE345482T1 (de) 2001-09-20 2002-09-12 Vorrichtung und verfahren zur durchführung katalytischer reaktionen in einem plattenwärmetauscher
DE60216131T DE60216131D1 (de) 2001-09-20 2002-09-12 Vorrichtung und verfahren zur durchführung katalytischer reaktionen in einem plattenwärmetauscher
US10/488,139 US20040241060A1 (en) 2001-09-20 2002-09-12 Device and method for performing catalytic reactions in a plate heat exchanger
JP2003529076A JP2005503258A (ja) 2001-09-20 2002-09-12 プレート熱交換器中で触媒反応を行う装置および方法
EP02798872A EP1430265B1 (en) 2001-09-20 2002-09-12 Device and method for performing catalytic reactions in a plate heat exchanger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0103125A SE520006C2 (sv) 2001-09-20 2001-09-20 Anordning, metod vid tillverkning och metod vid genomförande av katalytiska reaktioner i plattvärmeväxlare

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE0103125D0 SE0103125D0 (sv) 2001-09-20
SE0103125L SE0103125L (sv) 2003-03-21
SE520006C2 true SE520006C2 (sv) 2003-05-06

Family

ID=20285383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE0103125A SE520006C2 (sv) 2001-09-20 2001-09-20 Anordning, metod vid tillverkning och metod vid genomförande av katalytiska reaktioner i plattvärmeväxlare

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20040241060A1 (sv)
EP (1) EP1430265B1 (sv)
JP (1) JP2005503258A (sv)
AT (1) ATE345482T1 (sv)
DE (1) DE60216131D1 (sv)
SE (1) SE520006C2 (sv)
WO (1) WO2003025490A1 (sv)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE0000591L (sv) * 2000-02-24 2001-04-02 Swep Int Ab Anordning för katalytisk behandling av strömmande medier, innefattande en plattvärmeväxlare
JP2003287386A (ja) * 2002-03-27 2003-10-10 Calsonic Kansei Corp 触媒付き熱交換器
GB0509746D0 (en) * 2005-05-13 2005-06-22 Ashe Morris Ltd Variable plate heat exchangers
JP2007008731A (ja) * 2005-06-28 2007-01-18 Dainippon Printing Co Ltd 水素製造装置およびその製造方法
NL1030270C2 (nl) * 2005-10-26 2007-04-27 Level Holding Bv Werkwijze en inrichting voor het vervaardigen van een warmtewisselaar.
EP2018906A1 (en) * 2007-07-19 2009-01-28 Methanol Casale S.A. Heat exchange unit for isothermal chemical reactors
JP5180662B2 (ja) * 2008-04-21 2013-04-10 株式会社ティラド 熱交換器
JP5420970B2 (ja) * 2009-05-22 2014-02-19 株式会社ティラド 熱交換器
FR2975922B1 (fr) * 2011-06-06 2013-05-31 Arkema France Reacteur a plaques avec injection in situ
SI3062949T2 (sl) * 2013-10-29 2023-08-31 Swep International Ab Postopek trdega lotanja ploščatega izmenjevalnika toplote s pomočjo s sitotiskom nanešenega lota
DE102020007214A1 (de) 2019-12-17 2021-07-01 Silica Verfahrenstechnik Gmbh Verfahren und Reaktor für exotherme Reaktionen in der Gasphase
KR20240013783A (ko) 2021-05-28 2024-01-30 토프쉐 에이/에스 촉매 활성을 가진 전기 가열기

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5073236A (en) * 1989-11-13 1991-12-17 Gelbein Abraham P Process and structure for effecting catalytic reactions in distillation structure
US5600052A (en) * 1994-05-02 1997-02-04 Uop Process and apparatus for controlling reaction temperatures
US6129973A (en) * 1994-07-29 2000-10-10 Battelle Memorial Institute Microchannel laminated mass exchanger and method of making
US6228341B1 (en) * 1998-09-08 2001-05-08 Uop Llc Process using plate arrangement for exothermic reactions
US6190624B1 (en) * 1998-09-08 2001-02-20 Uop Llc Simplified plate channel reactor arrangement
US6274101B1 (en) * 1998-09-08 2001-08-14 Uop Llc Apparatus for in-situ reaction heating
US6100436A (en) * 1998-09-08 2000-08-08 Uop Llc Process and apparatus for controlling reaction temperatures with heating arrangement in series flow
US6168765B1 (en) * 1998-09-08 2001-01-02 Uop Llc Process and apparatus for interbed injection in plate reactor arrangement
US6192596B1 (en) * 1999-03-08 2001-02-27 Battelle Memorial Institute Active microchannel fluid processing unit and method of making
DE10036602A1 (de) * 2000-07-27 2002-02-14 Cpc Cellular Process Chemistry Mikroreaktor für Reaktionen zwischen Gasen und Flüssigkeiten
DE10044526A1 (de) * 2000-09-04 2002-04-04 Mannesmann Ag Mikrostrukturreaktor und Verfahren zur Durchführung chemischer Reaktionen
US6766817B2 (en) * 2001-07-25 2004-07-27 Tubarc Technologies, Llc Fluid conduction utilizing a reversible unsaturated siphon with tubarc porosity action
JP2006509587A (ja) * 2002-12-12 2006-03-23 シャウ，ローレンス，ジェイ． 液体含有玉付き振り子玩具

Also Published As

Publication number Publication date
SE0103125L (sv) 2003-03-21
ATE345482T1 (de) 2006-12-15
US20040241060A1 (en) 2004-12-02
EP1430265B1 (en) 2006-11-15
JP2005503258A (ja) 2005-02-03
SE0103125D0 (sv) 2001-09-20
WO2003025490A1 (en) 2003-03-27
EP1430265A1 (en) 2004-06-23
DE60216131D1 (de) 2006-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2396191C (en) Catalytic reactor
US6318456B1 (en) Heat exchanger of the crosscurrent type
RU2296003C2 (ru) Каталитический реактор
EP1982375B1 (en) Perforated flow distributor plate
US8123825B2 (en) Microreactor and production method thereof
US9776164B2 (en) Reactor
EP1430265B1 (en) Device and method for performing catalytic reactions in a plate heat exchanger
KR102107529B1 (ko) 고체 산화물 연료 전지
JPH10510390A (ja) Ｐｅｍ燃料電池
JP2005505743A (ja) ２種類のガスを多経路一体式の構造体に流出入させる方法及び装置
GB2353801A (en) Reactor comprising a diffusion bonded heat exchanger that is suitable for use in the steam reforming of hydrocarbons
KR20080096641A (ko) 마이크로반응기의 제조 방법 및 개질기로서 그 용도
WO2014123152A1 (ja) リアクタ
EP2127004A1 (en) Fuel cell elements
US20160101406A1 (en) Catalyst structure, reactor, and manufacturing method for catalyst structure
US20060046113A1 (en) Stacked reactor with microchannels
WO2013108011A1 (en) A compact catalytic reactor
JPWO2010110410A1 (ja) 反応部往復路ダクトを有する熱交換部一体型反応器
CN114946055A (zh) 用于燃料电池堆的双极板
JP7711199B2 (ja) 水素製造用電解板および電解板の製造方法
WO2013156075A1 (en) Metallic element useful as spacer or interconnect for a high temperature fuel cell
US20210060520A1 (en) Reactor
JP6801482B2 (ja) 燃料電池セルスタック
CN224265755U (zh) 一种氨裂解催化剂搭载结构及微反应器
JP2008166233A (ja) 燃料電池

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed