一种燃料电池系统用的燃烧重整预混一体化装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种燃料电池系统用燃烧重整预混一体化装置。具体地，所述的装置自下而上地连接设有燃烧器、重整腔以及汽化预混腔，且将燃烧器的烟气膨胀腔的外壁同时构成重整腔及汽化预混腔的外壁。本发明专利技术燃烧室的高品质热量首先被用于重整反应供热，剩余的热量则被进一步用于预热甲烷并汽化水，实现了能量的梯级利用，实现了系统效率最大化。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池系统用的燃烧重整预混一体化装置
本专利技术涉及一种燃烧重整预混一体化装置，尤其是一种用于燃料电池系统的燃烧重整预混一体化装置。
技术介绍
燃料电池可以高效、环境友好地将储存在燃料中的化学能等温和地转化为电能，氢是燃料电池的最佳燃料，而如果仅采用氢气作为燃料则会限制燃料电池系统产业化、规模化发展，如何将天然气等燃料转化为氢气显得至关重要。在工业上的蒸汽重整制氢技术(CH4+H2O→CO+3H2）已相当成熟，但这种大规模制氢技术并不能满足燃料电池系统紧凑、小型化的要求。由于燃料电池系统氢需求量少，故而无法单纯缩小成熟的大型制氢工艺的设计参数，因此，本领域迫切需要开发出适用于燃料电池系统的且的蒸汽重整一体化小型装置。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于燃料电池系统的集燃烧、重整、汽化、预热及混合功能于一体的重整装置。本专利技术的第一方面，提供了一种燃料电池系统用燃烧重整预混一体化装置，所述的装置自下而上地连接设有燃烧器、重整腔以及汽化预混腔。在另一优选例中，所述的燃烧器还包括烟气膨胀腔，且所述烟气膨胀腔设于燃烧器上部，向上延伸并包围所述重整腔以及汽化预混腔。在另一优选例中，所述烟气膨胀腔的外壳形成所述重整腔以及汽化预混腔的封闭外壳。在另一优选例中，所述烟气膨胀腔的烟气出口位于烟气膨胀腔的上部或顶部。在另一优选例中，所述的烟气膨胀腔(或其外壳)是不锈钢材质、或合金材质。在另一优选例中，所述的烟气膨胀腔的大小为90-320,较佳地，100-305mm，更佳地，133-245mm。在另一优选例中，所述的燃烧器还包括燃料进口、空气进口和燃料-空气混合腔，且燃料进口、空气进口和燃料-空气混合腔与所述的烟气膨胀腔相互连通。在另一优选例中，所述的燃烧器还包括火花塞、火焰盘和/或烟气出口。在另一优选例中，所述的燃烧器还包括防爆开关、气体流量计。在另一优选例中，所述的燃料进口的管道直径为5-20mm，更佳地为10-15mm。在另一优选例中，所述的空气进口的管道直径为5-40mm，更佳地为10-30mm。在另一优选例中，所述的燃料-空气混合腔包括初混腔和终混腔，且所述的燃料进口的燃烧器端伸入初混腔中。在另一优选例中，所述的初混腔和终混腔的形状包括圆锥形、或圆柱形。在另一优选例中，所述的燃料进口的燃烧器端管壁设有多孔状开口。在另一优选例中，所述的多孔状开口的排列方式是沿圆周均匀排列的。在另一优选例中，所述的初混腔与终混腔之间设有可拆卸的连接装置。在另一优选例中，所述的可拆卸的连接装置包括法兰连接。在另一优选例中，所述的汽化预混腔包括原料进口、变径预混盘管、混合缓冲罐以及混合气体出口，其中，所述原料进口、变径预混盘管、混合缓冲罐以及混合气体出口按序互相相通。在另一优选例中，所述的汽化预混腔包括原料进口、变径预混盘管、混合缓冲罐以及混合气体出口，其中，所述原料进口、变径预混盘管、混合缓冲罐以及混合气体出口按序互相连通。在另一优选例中，所述的变径预混盘管盘绕设于混合缓冲罐外侧。在另一优选例中，所述的混合缓冲罐中设有导热材料。在另一优选例中，所述的导热材料包括蜂窝状金属、网状金属、多孔介质材料、或其组合。在另一优选例中，所述的原料进口包括水进口和甲烷进口。在另一优选例中，所述的变径预混盘管的直径由进口-出口方向增粗；和/或所述的变径预混盘管至少包括两种直径。在另一优选例中，所述的变径预混盘管包括细管径盘管和粗管径盘管。在另一优选例中，所述的细管径盘管包绕于粗管径盘管外围。在另一优选例中，所述的重整腔包括混合气体出口、重整列管以及重整产物出气口，且所述的混合气体出口、重整列管以及重整产物出气口按序相互连通。在另一优选例中，所述的混合气体出口及重整列管间设有气体分流盘，其中，所述气体分流盘用于收集自混合缓冲罐内流出的混合气体，并将所述的混合气体排入重整列管；和/或所述的重整列管及重整产物出气口间设有气体集流盘，其中，所述的气体集流盘用于收集重整列管中的重整气体，并将所述的重整气体排入重整产物出气口。在另一优选例中，所述的重整列管围绕分流盘和集流盘的中心线均匀布置。在另一优选例中，所述重整列管数量为n个，其中n=2-16的正整数；和/或在另一优选例中，所述的重整列管的管壁设有外螺纹结构。在另一优选例中，所述的气体分流盘或气体集流盘上各设n个通孔，n为2-16的正整数，且气体分流盘与气体集流盘的通孔由所述重整列管相连通。在另一优选例中，所述的重整腔还设有温控仪。本专利技术第二方面，提供了一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括如本专利技术第一方面所述的燃烧重整预混一体化装置以及燃料电池、空压机，分水器及水箱、计量泵、各类阀控及温控装置。应理解，在本专利技术范围内中，本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。附图说明图1是用于燃料电池系统的燃烧重整汽化预热一体化装置的结构示意图；图2是燃烧重整汽化预热一体化装置的内部结构示意图；图3是外螺纹结构的重整管管壁结构示意图。其中，1-燃烧器，2-重整器，3-汽化预热混合装置，4-燃料进口，5-空气进口，6-初混腔，7-法兰，8-终混腔，9-火焰盘，10-火花塞，11-螺栓，12-重整产物出气口，13-气体集流盘，14-烟气膨胀腔，15-外螺纹结构重整列管，16-气体分流盘，17-填充了孔状金属材料混合缓冲罐，18-细管径盘管，19-粗管径盘管，20-燃烧烟气出口，21-水进口，22-天然气进口，23-混合气体出口，24、25-热电偶，26-防暴开关接口。具体实施方式本专利技术人经过广泛而深入的研究，首次将燃料电池系统中的燃烧器、重整腔以及汽化预混腔自下而上地连接组合，使重整及汽化预混腔位于燃烧器的烟气膨胀腔内部，从而充分利用了燃烧器中的热量，即燃烧燃料产生的烟气加热重整器达到反应所需温度，重整反应利用完的烟气剩余热量供给水汽化及天然气预热所需，在汽化预热混合装置中使水汽化成为水蒸气、天然气预热升温并与水蒸气混合之后再供给重整器。本专利技术装置使余热阶梯利用，有利于提高系统集成度以及系统整体效率。燃烧器在本专利技术中，燃烧器用于燃烧燃料电池的阳极尾气或其他燃料气体。阳极尾气或燃料气体燃烧后，其热量用于阶梯利用于重整反应以及重整反应原料的预混。通常，所述的燃料气体包括天然气。本专利技术的燃烧器包括烟气燃料进口、空气进口以及燃料-空气混合腔，所述的燃料进口、空气进口与燃料-空气混合腔相连通，所述的燃料进口所用的管道伸入燃料-空气混合腔内。其中，所述的燃料-空气混合腔还可进一步包括初混腔和终混腔。为了使燃料与空气能够充分混合，所述的燃料进口的燃烧器端位于初混腔内，其管壁设有多孔状开口，且所述的多孔状开口的排列方式是沿圆周均匀排列的。当通入空气和燃料时，多孔状的开口能使燃料以一定的压力与空气混合，从而进行充分的燃烧。可用于本专利技术燃料进口或空气进口的管道直径没有特别限制，可以根据燃烧重整预混一体化装置的大小以及所述燃料以及空气需要的量进行不同的设计。通常，所述的燃料进口的管道直径为5-20mm，优选的为10-15mm；所述的空气进口的管道直径为5-40mm，优选的为10-30mm。本专利技术中，所述的燃烧器设有一烟气膨胀腔，且所述烟气膨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统用燃烧重整预混一体化装置，其特征在于，所述的装置自下而上地连接设有燃烧器、重整腔以及汽化预混腔。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统用燃烧重整预混一体化装置，其特征在于，所述的装置自下而上地连接设有燃烧器、重整腔以及汽化预混腔；其中所述的重整腔包括混合气体出口、重整列管以及重整产物出气口，且所述的混合气体出口、重整列管以及重整产物出气口按序相互连通；以及所述的混合气体出口及重整列管间设有气体分流盘，所述气体分流盘用于收集自混合缓冲罐内流出的混合气体，并将所述的混合气体排入重整列管；和/或所述的重整列管及重整产物出气口间设有气体集流盘，其中，所述的气体集流盘用于收集重整列管中的重整气体，并将所述的重整气体排入重整产物出气口。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的燃烧器还包括烟气膨胀腔，且所述烟气膨胀腔设于燃烧器上部，向上延伸并包围所述重整腔以及汽化预混腔。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的燃烧器还包括燃料进口、空气进口和燃料-空气混合腔，且燃料进口、空气进口和燃料-空气混合腔与所述的烟气膨胀腔相互连通。4.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄媛，叶爽，王蔚国，关有明，彭军，姜松林，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33