【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于固定氧化物燃料電池，具體涉及一種固體氧化物燃料電池的熱區(qū)氣體處理單元。
技術(shù)介紹
1、固體氧化物燃料電池(solid?oxide?fuel?cell，簡(jiǎn)稱(chēng)sofc)是一種高效、清潔的能源轉(zhuǎn)換裝置，固體氧化物燃料電池可以使用多種燃料，包括氫氣、甲烷、丙烷、甲醇等。這使得它在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中具有廣泛的適應(yīng)性，固體氧化物燃料電池可以用于分布式發(fā)電系統(tǒng)，為家庭、商業(yè)建筑和小型工廠(chǎng)等提供電力。由于其高效、環(huán)保和可靠性高的特點(diǎn)，非常適合作為分布式能源系統(tǒng)的核心部件。
2、目前固體氧化物燃料電池系統(tǒng)往小體積、高功率方向發(fā)展，熱區(qū)氣體處理單元大小決定固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的大小，目前熱區(qū)氣體處理單元設(shè)計(jì)有以下問(wèn)題：
3、1.氣體處理單元大部分區(qū)域在500℃以上溫度運(yùn)行，處于高溫環(huán)境，對(duì)材料的耐高溫性能要求極高，材料需要在高溫下保持良好的穩(wěn)定性，同時(shí)要抵抗氧化和腐蝕。目前常用的金屬材料，在高溫下容易形成金屬氧化物，輕則影響換熱和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，重則毒害電堆和降低催化劑催化性能。而陶瓷材料雖然具有較好的耐高溫和抗氧化性能，但加工難度大、成本高。
4、2.熱區(qū)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，由于不同材料的熱膨脹系數(shù)不同，在溫度變化時(shí)會(huì)導(dǎo)致部件之間的應(yīng)力集中。
5、3.固體氧化物燃料電池在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，熱區(qū)的溫度分布不均勻。高溫區(qū)域主要集中在電池堆的中心部分，而邊緣區(qū)域溫度相對(duì)較低。這種不均勻的溫度分布會(huì)影響電池性能的一致性，導(dǎo)致局部過(guò)熱或過(guò)冷，降低系統(tǒng)效率和壽命。
6、4
7、5.熱區(qū)需要保持良好的氣體密封，以防止燃料和氧化劑泄漏，同時(shí)避免外界空氣進(jìn)入系統(tǒng)。氣體泄漏不僅會(huì)降低電池性能，還會(huì)帶來(lái)安全隱。
8、6.固體氧化物燃料電池系統(tǒng)由多個(gè)部件組成，熱區(qū)需要與其他部件進(jìn)行有效的集成，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體性能和可靠性。例如，熱區(qū)與燃料供應(yīng)系統(tǒng)、空氣供應(yīng)系統(tǒng)、電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等的連接和協(xié)調(diào)運(yùn)行需要進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種固體氧化物燃料電池的熱區(qū)氣體處理單元，通過(guò)在燃燒腔中將陽(yáng)極廢氣輸送管與陰極廢氣輸送管所輸送的廢氣燃燒產(chǎn)生熱量，預(yù)熱燃料及去離子水汽化，經(jīng)過(guò)混合后的燃料及汽化去離子水，進(jìn)入重整器后由換熱器加熱并進(jìn)入電堆，實(shí)現(xiàn)熱量的回收利用。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)采用的技術(shù)方案是：
3、一種固體氧化物燃料電池的熱區(qū)氣體處理單元，用于電堆的氣體處理，包括預(yù)熱整合組件、換熱器、重整器和空氣管，所述預(yù)熱整合組件包括燃燒管、點(diǎn)火器和預(yù)熱管，所述燃燒管內(nèi)橫置有混合器，所述混合器上端設(shè)有接入電堆的陽(yáng)極廢氣輸送管和陰極廢氣輸送管，所述混合器下端與燃燒管?chē)系膮^(qū)域形成一燃燒腔，所述陽(yáng)極廢氣輸送管和陰極廢氣輸送管分別連通燃燒腔，所述點(diǎn)火器置于燃燒腔內(nèi)；所述陰極廢氣輸送管為燃燒管上端的向上延伸部，所述陽(yáng)極廢氣輸送管同軸置于陰極廢氣輸送管內(nèi)；所述混合器的下端面設(shè)有向下延伸的延伸管，所述延伸管的下端面上設(shè)有與燃燒管連接的封口板，所述燃燒腔設(shè)置于延伸管內(nèi)腔內(nèi)，所述陰極廢氣輸送管通過(guò)延伸管外側(cè)壁上均布的若干進(jìn)氣孔與燃燒腔連通。
4、所述預(yù)熱管套合于燃燒管的上端，所述換熱器套合于燃燒管的下端，所述預(yù)熱管的上下兩端開(kāi)口處均被封板封閉，所述預(yù)熱管、燃燒管和封板之間圍合的區(qū)域形成一預(yù)熱腔，所述預(yù)熱管外上端設(shè)有連通預(yù)熱腔的去離子水輸送管和燃料輸送管，所述預(yù)熱管下端設(shè)有連通預(yù)熱腔的混合氣輸送管，所述混合氣輸送管與重整器連通，所述重整器下端的重整輸送管穿過(guò)換熱器并接入電堆，所述空氣管穿過(guò)換熱器后接入電堆；所述預(yù)熱腔內(nèi)分設(shè)有汽化區(qū)、預(yù)熱區(qū)和混合區(qū)，所述汽化區(qū)內(nèi)設(shè)有上下連通的折彎鰭片，所述折彎鰭片的上端與去離子水輸送管連通；所述預(yù)熱區(qū)內(nèi)設(shè)有上下連通的孔狀板，所述孔狀板的上端與燃料輸送管連通；所述混合區(qū)內(nèi)設(shè)有若干沿燃燒管外側(cè)壁向下呈螺旋狀的導(dǎo)流板，所述導(dǎo)流板的上端分別與折彎鰭片和孔狀板連通，所述導(dǎo)流板的下端與混合器輸送管連通；所述預(yù)熱腔內(nèi)還設(shè)有兩組分隔柱，兩組所述分隔柱豎直設(shè)置于燃燒管的外側(cè)壁上并將汽化區(qū)和預(yù)熱區(qū)彼此分隔開(kāi)；所述預(yù)熱腔內(nèi)還設(shè)有兩組分散板，所述分散板上設(shè)有均布的分散孔，兩組所述分散板分別設(shè)置于折彎鰭片與去離子水輸送管之間、孔狀板與燃料輸送管之間。
5、采用該結(jié)構(gòu)的固體氧化物燃料電池的熱區(qū)氣體處理單元，預(yù)熱整合組件位于該處理單元的中心頂部，設(shè)置在此處的目的是考慮熱區(qū)的均溫性，在燃燒腔中可以將陽(yáng)極廢氣輸送管與陰極廢氣輸送管所輸送的廢氣導(dǎo)入至燃燒腔內(nèi)，通過(guò)點(diǎn)火器的點(diǎn)燃產(chǎn)生的熱量，一方面該熱量用于加熱汽化區(qū)的去離子水并使其汽化，去離子水輸送管道與汽化區(qū)相通，去離子水的輸送可由穩(wěn)壓管輸送或恒流泵輸送，可使得流量精度較高，由于汽化區(qū)有較大的壓降，因此去離子水輸送管道可選用不銹鋼材料，將去離子水輸送至汽化區(qū)內(nèi)，由被熱量加熱的折彎鰭片進(jìn)行汽化，產(chǎn)生汽化的去離子水并向下進(jìn)入混合區(qū)；另一方面該熱量用于預(yù)熱預(yù)熱區(qū)的燃料，燃料輸送管將甲烷或氫氣輸送至預(yù)熱區(qū)，燃料的提供可由氣瓶或管道氣提供，燃料輸送管可用耐熱合金管道，將燃料輸送至預(yù)熱區(qū)內(nèi)，由被熱量加熱的孔狀板為其內(nèi)的燃料進(jìn)行預(yù)熱并向下進(jìn)入混合區(qū)。
6、在混合區(qū)內(nèi)分別被導(dǎo)入的汽化去離子水和燃料，在呈螺旋狀向下的導(dǎo)流板合并混流后，進(jìn)入到下端的混合器輸送管，混合器輸送管將混合氣體送入重整器內(nèi)進(jìn)行重整，重整器位于該處理單元的中下部，目的避開(kāi)預(yù)熱整合組件產(chǎn)生熱量的熱輻射，重整器內(nèi)部的催化劑不能高于600℃，所以盡量遠(yuǎn)離預(yù)熱整合組件的高溫區(qū)。
7、換熱器位于該處理單元的中心，換熱器是一種板式高溫?fù)Q熱器，具有高效率、低壓降、大流量的特點(diǎn)，一方面用于加熱空氣管內(nèi)所輸送的空氣，將空氣由25℃加熱至650℃，另一方面用于加熱重整器下端的重整輸送管所輸送的重整氣，將重整氣由450℃加熱至650℃，換熱器的熱源來(lái)自于預(yù)熱整合組件，預(yù)熱整合組件的廢氣在燃燒腔內(nèi)燃燒后的煙氣溫度高達(dá)900℃，煙氣向下流通，其熱量進(jìn)入到燃燒管下端所套合的換熱器內(nèi)，換熱器與燃燒管連接方式是焊接，可以減少密封件的使用，并實(shí)現(xiàn)較高的密封性，換熱器與燃燒管的連接處可設(shè)置膨脹節(jié)，吸收熱應(yīng)力，換熱器使用耐高溫合金。
8、進(jìn)一步地，還包括保溫組件，所述保溫組件包括保溫箱、保溫頂板和保溫套，所述預(yù)熱整合組件、換熱器、重整器和空氣管均置于保溫箱內(nèi)，所述保溫頂板蓋闔于保溫箱的上端開(kāi)口處，所述陽(yáng)極廢氣輸送管、陰極廢氣輸送管、重整輸送管和空氣管分別穿過(guò)保溫頂板并接入電堆；所述保溫箱和保溫頂板之間通過(guò)陶瓷膠密封；所述保溫套套合于重整器的外側(cè)壁上，所述重整器位于預(yù)熱整合組件的下端，所述保溫套的導(dǎo)熱率不高于0.1w/m/k，所述保溫套的厚度不低于50mm。
9、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：
10、①提高空間利用率，緊湊式本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種固體氧化物燃料電池的熱區(qū)氣體處理單元，用于電堆的氣體處理，其特征在于：包括預(yù)熱整合組件、換熱器、重整器和空氣管，所述預(yù)熱整合組件包括燃燒管、點(diǎn)火器和預(yù)熱管，所述燃燒管內(nèi)橫置有混合器，所述混合器上端設(shè)有接入電堆的陽(yáng)極廢氣輸送管和陰極廢氣輸送管，所述混合器下端與燃燒管?chē)系膮^(qū)域形成一燃燒腔，所述陽(yáng)極廢氣輸送管和陰極廢氣輸送管分別連通燃燒腔，所述點(diǎn)火器置于燃燒腔內(nèi)；所述預(yù)熱管套合于燃燒管的上端，所述換熱器套合于燃燒管的下端，所述預(yù)熱管的上下兩端開(kāi)口處均被封板封閉，所述預(yù)熱管、燃燒管和封板之間圍合的區(qū)域形成一預(yù)熱腔，所述預(yù)熱管外上端設(shè)有連通預(yù)熱腔的去離子水輸送管和燃料輸送管，所述預(yù)熱管下端設(shè)有連通預(yù)熱腔的混合氣輸送管，所述混合氣輸送管與重整器連通，所述重整器下端的重整輸送管穿過(guò)換熱器并接入電堆，所述空氣管穿過(guò)換熱器后接入電堆。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池的熱區(qū)氣體處理單元，其特征在于：所述預(yù)熱腔內(nèi)分設(shè)有汽化區(qū)、預(yù)熱區(qū)和混合區(qū)，所述汽化區(qū)內(nèi)設(shè)有上下連通的折彎鰭片，所述折彎鰭片的上端與去離子水輸送管連通；所述預(yù)熱區(qū)內(nèi)設(shè)有上下連通的孔狀板，所述孔狀板的上端與
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體氧化物燃料電池的熱區(qū)氣體處理單元，其特征在于：所述預(yù)熱腔內(nèi)還設(shè)有兩組分隔柱，兩組所述分隔柱豎直設(shè)置于燃燒管的外側(cè)壁上并將汽化區(qū)和預(yù)熱區(qū)彼此分隔開(kāi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體氧化物燃料電池的熱區(qū)氣體處理單元，其特征在于：所述預(yù)熱腔內(nèi)還設(shè)有兩組分散板，所述分散板上設(shè)有均布的分散孔，兩組所述分散板分別設(shè)置于折彎鰭片與去離子水輸送管之間、孔狀板與燃料輸送管之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池的熱區(qū)氣體處理單元，其特征在于：所述陰極廢氣輸送管為燃燒管上端的向上延伸部，所述陽(yáng)極廢氣輸送管同軸置于陰極廢氣輸送管內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的固體氧化物燃料電池的熱區(qū)氣體處理單元，其特征在于：所述混合器的下端面設(shè)有向下延伸的延伸管，所述延伸管的下端面上設(shè)有與燃燒管連接的封口板，所述燃燒腔設(shè)置于延伸管內(nèi)腔內(nèi)，所述陰極廢氣輸送管通過(guò)延伸管外側(cè)壁上均布的若干進(jìn)氣孔與燃燒腔連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的固體氧化物燃料電池的熱區(qū)氣體處理單元，其特征在于：還包括保溫組件，所述保溫組件包括保溫箱和保溫頂板，所述預(yù)熱整合組件、換熱器、重整器和空氣管均置于保溫箱內(nèi)，所述保溫頂板蓋闔于保溫箱的上端開(kāi)口處，所述陽(yáng)極廢氣輸送管、陰極廢氣輸送管、重整輸送管和空氣管分別穿過(guò)保溫頂板并接入電堆。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固體氧化物燃料電池的熱區(qū)氣體處理單元，其特征在于：所述保溫箱和保溫頂板之間通過(guò)陶瓷膠密封。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固體氧化物燃料電池的熱區(qū)氣體處理單元，其特征在于：所述保溫組件還包括保溫套，所述保溫套套合于重整器的外側(cè)壁上，所述重整器位于預(yù)熱整合組件的下端。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固體氧化物燃料電池的熱區(qū)氣體處理單元，其特征在于：所述保溫套的導(dǎo)熱率不高于0.1W/m/k，所述保溫套的厚度不低于50mm。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種固體氧化物燃料電池的熱區(qū)氣體處理單元，用于電堆的氣體處理，其特征在于：包括預(yù)熱整合組件、換熱器、重整器和空氣管，所述預(yù)熱整合組件包括燃燒管、點(diǎn)火器和預(yù)熱管，所述燃燒管內(nèi)橫置有混合器，所述混合器上端設(shè)有接入電堆的陽(yáng)極廢氣輸送管和陰極廢氣輸送管，所述混合器下端與燃燒管?chē)系膮^(qū)域形成一燃燒腔，所述陽(yáng)極廢氣輸送管和陰極廢氣輸送管分別連通燃燒腔，所述點(diǎn)火器置于燃燒腔內(nèi)；所述預(yù)熱管套合于燃燒管的上端，所述換熱器套合于燃燒管的下端，所述預(yù)熱管的上下兩端開(kāi)口處均被封板封閉，所述預(yù)熱管、燃燒管和封板之間圍合的區(qū)域形成一預(yù)熱腔，所述預(yù)熱管外上端設(shè)有連通預(yù)熱腔的去離子水輸送管和燃料輸送管，所述預(yù)熱管下端設(shè)有連通預(yù)熱腔的混合氣輸送管，所述混合氣輸送管與重整器連通，所述重整器下端的重整輸送管穿過(guò)換熱器并接入電堆，所述空氣管穿過(guò)換熱器后接入電堆。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池的熱區(qū)氣體處理單元，其特征在于：所述預(yù)熱腔內(nèi)分設(shè)有汽化區(qū)、預(yù)熱區(qū)和混合區(qū)，所述汽化區(qū)內(nèi)設(shè)有上下連通的折彎鰭片，所述折彎鰭片的上端與去離子水輸送管連通；所述預(yù)熱區(qū)內(nèi)設(shè)有上下連通的孔狀板，所述孔狀板的上端與燃料輸送管連通；所述混合區(qū)內(nèi)設(shè)有若干沿燃燒管外側(cè)壁向下呈螺旋狀的導(dǎo)流板，所述導(dǎo)流板的上端分別與折彎鰭片和孔狀板連通，所述導(dǎo)流板的下端與混合器輸送管連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體氧化物燃料電池的熱區(qū)氣體處理單元，其特征在于：所述預(yù)熱腔內(nèi)還設(shè)有兩組分隔柱，兩組所述分隔柱豎直設(shè)置于燃燒管的外側(cè)壁上并將汽化區(qū)和預(yù)熱區(qū)彼此分隔開(kāi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體氧化物燃料電池的熱區(qū)氣體處理...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：凌宏達(dá)，鄧枝成，程佳，曾文勇，劉佳鑫，陸能開(kāi)，宗杰文，黃錦華，陳洛克，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：廣東佛燃科技有限公司，
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