一种固体氧化物燃料电池尾燃驱动重整装置及其实现方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种固体氧化物燃料电池尾燃驱动重整装置及其实现方法。本发明专利技术在重整器和尾燃器内设置连通的表面催化换热器，表面催化换热器包括连通的多片重整器换热片和尾燃器换热片，采用在尾燃器内燃烧燃料，通过表面催化换热器将热量传导至重整器，实现重整器的快速启动；通过表面催化换热器实现重整器内部重整区与尾燃器的燃烧区迅速的热传导，提升了能量的利用效率；和传统重整装置比，本发明专利技术有效节约了换热面积；重整器换热片和尾燃器换热片的表面分别涂敷有重整和燃烧催化剂，既促进了气体的流动，又使其充分接触催化剂，使得重整反应与燃烧反应更充分，有效提升燃料电池系统的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种固体氧化物燃料电池尾燃驱动重整装置及其实现方法
本专利技术涉及固体氧化物燃料电池重整技术，具体涉及一种固体氧化物燃料电池尾燃驱动重整装置及其实现方法。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(SolidOxideFuelCell,SOFC)是一种在高温下直接将燃料的化学能转化为电能的发电装置，相比于低温燃料电池，其燃料适用范围广，除氢气外，还可使用碳氢化合物作为燃料。多个SOFC单电池堆叠而成SOFC电堆；SOFC系统包括SOFC电堆及重整器和尾燃器等辅助部件。使用碳氢化合物作为SOFC燃料时，通常需要将燃料进行重整，得到氢气和一氧化碳的合成气，再进入SOFC发生电化学反应。根据重整反应发生的场所，SOFC的重整可分为内重整和外重整。内重整发生在电池内部，重整反应需要吸收大量的热从而造成较大的温度梯度，温度梯度导致的热应力很容易造成电池结构的破坏以及性能的下降。外重整是在电池外部构建一个重整器，碳氢燃料的重整通常为蒸汽重整，反应方程式如下：上述反应是强吸热反应，需要外界提供大量热量。另一方面，SOFC电堆的尾气中未被利用的燃料通常需要经过尾燃器的燃烧，再排入外界环境，尾气燃烧放出大量热量。如果将燃烧反应放出的热量传热给重整的吸热反应，改进重整器与燃烧器的换热方式，加强燃烧器与重整器的换热效果，可望提高能量利用率，能大大提高SOFC系统的性能。在目前的SOFC系统中，通常使尾燃器中排放的高温气体流过重整器的壁面，与重整器内的气体换热，从而为重整器提供热量，达到能量梯级利用的目的，然而这种换热方式的换热系数较低，为达到预期的换热效果，必须有较大的换热面积，造成系统的体积庞大，集成度低，且易与系统中其他部件产生结构干涉。因此改进重整器与尾燃器的结构与换热方式，提高系统的整体能量利用效率，成为亟待解决的重要问题。
技术实现思路
本专利技术提出了一种固体氧化物燃料电池尾燃驱动重整装置及其实现方法，改进现有SOFC系统中重整器与尾燃器的换热方式，解决能量利用率低的问题；利用表面催化换热器良好的换热效果实现SOFC重整气与尾燃气之间的热量交换，改进表面催化换热器的结构与组合方式，降低能量损耗，提高换热效率，进而提高SOFC系统的性能。本专利技术的一个目的在于提出一种固体氧化物燃料电池尾燃驱动重整装置。本专利技术的固体氧化物燃料电池尾燃驱动重整装置，为外重整装置，设置在SOFC电堆外部，包括：重整器、尾燃器、表面催化换热器、温度传感器和点火枪；其中，重整器包括重整器壳体、重整气进气端盖、燃料进气口、氧化剂进气口、重整气出气端盖和重整气出气口；重整器壳体为内部中空的壳体，中心轴沿水平方向；重整器壳体的一端为进气端设置重整气进气端盖，另一端为出气端设置重整气出气端盖；在重整气进气端盖上分别设置有燃料进气口和氧化剂进气口；在重整气出气端盖上设置有重整气出气口；尾燃器包括尾燃器壳体、尾气进气端盖、尾气进气口、空气进气口、尾气出气端盖和尾气出气口；尾燃器壳体为内部中空的壳体，中心轴沿水平方向，并且位于重整器之下；尾燃器壳体的一端为进气端设置尾气进气端盖，另一端为出气端设置尾气出气端盖；在尾气进气端盖上设置有尾气进气口和空气进气口；在尾气出气端盖上设置有尾气出气口；表面催化换热器包括重整器换热片、尾燃器换热片、重整器蒸汽连接管、重整器冷凝液连接管、尾燃器蒸汽连接管、尾燃器冷凝液连接管、蒸汽管道、冷凝液管道、气体流通管和流体介质；重整器换热片的内部中空；多片相同的重整器换热片平行且与重整器壳体同轴放置在重整器壳体内，重整器换热片的侧壁外边缘与重整器壳体的内壁无缝贴合，靠近重整气进气端盖的一片重整器换热片称为重整器蒸发片，靠近重整气出气端盖的一片重整换热片称为重整器冷凝片；多片重整器换热片将重整器内部分割为三个空间，分别为重整气预混区、重整区和排气区，重整气进气端盖的内表面与重整器蒸发片之间为重整气预混区，多片重整器换热片之间为重整区，重整器冷凝片与重整气出气端盖的内表面之间为排气区；相邻的重整器换热片之间的顶端设置有连通的重整器蒸汽连接管；除重整器蒸发片以外，相邻的重整器换热片之间的底端设置有连通的重整器冷凝液连接管；在每一片重整器换热片的外表面涂敷有重整催化剂；尾燃器换热片的内部中空；多片相同的尾燃器换热片平行且同轴放置在尾燃器壳体内，尾燃器蒸发片的外边缘与尾燃器壳体的内边缘无缝贴合，靠近尾气进气端盖的一片尾燃器换热片称为尾燃器蒸发片，靠近尾气出气端盖的一片尾燃器换热片称为尾燃器冷凝片；多片尾燃器换热片将尾燃器内部分割为三个空间，分别为尾气预混区、燃烧区、尾气排放区，尾气进气端盖的内表面与尾燃器蒸发片之间为尾气预混区，多片尾燃器换热片之间为燃烧区，尾燃器冷凝片与尾气出气端盖的内表面之间为尾气排放区；除尾燃器冷凝片外，相邻的尾燃器换热片之间的顶端设置有连通的尾燃器蒸汽连接管；相邻的尾燃器换热片之间的底端设置有连通的尾燃器冷凝液连接管；每片尾燃器换热片的表面涂敷有燃烧催化剂；重整器蒸发片的底端与尾燃器蒸发片的顶端设置有连通的蒸汽管道；重整器冷凝片的底端与尾燃器冷凝片的顶端设置有连通的冷凝液管道；重整器换热片、尾燃器换热片、重整器蒸汽连接管、重整器冷凝液连接管、尾燃器蒸汽连接管、尾燃器冷凝液连接管、蒸汽管道和冷凝液管道整体全封闭，内部填充有流体介质，流体介质为导热介质；在每一片重整器换热片和尾燃器换热片上均设置有多个分布均匀的气体流通管，气体流通管的轴平行于重整器和尾燃器的中心轴，从而重整器和尾燃器内的气体能够通过气体流通管穿过重整器换热片和尾燃器换热片，从进气端流通至出气端；点火枪伸入至尾燃器的燃烧区内；在重整器的重整区内设置有温度传感器；温度传感器通过导线连接至外部的信号接收器；固体氧化物燃料电池尾燃驱动重整装置包括启动阶段和运行阶段：在启动阶段，温度传感器采集重整器的重整区内的温度信号，并将温度信号传输至外部的信号接收器；尾燃器工作，燃料和空气分别通过尾气进气口和空气进气口进入尾燃器的尾气预混区，预混后通过气体流通管依次经过表面涂敷有催化燃烧催化剂的多组尾燃器换热片，经点火枪点火后在尾燃器的燃烧区中燃烧，多片尾燃器换热片被加热，内部的流体介质蒸发形成蒸汽，从底端上升至顶端，并通过顶端的尾燃器蒸汽连接管传输至蒸汽管道，经蒸汽管道传输至重整器蒸发片，从重整器蒸发片的底端流通至顶端，继续经重整器蒸汽连接管传输，形成蒸汽流道；蒸汽在重整器换热片的传输过程中与重整器换热片外部进行热交换冷凝放热，加热重整器的重整区；蒸汽在除重整器蒸发片以外的重整器换热片内冷凝后形成冷凝液，从顶端下降至底端，并通过底端的重整器冷凝液连接管传输至冷凝液管道，经冷凝液管道传输至尾燃器冷凝片，从尾燃器冷凝片的顶端流通至底端，并继续经尾燃器冷凝液连接管传输，形成冷凝液流道，冷凝液在燃烧区中继续被加热形成蒸汽，如此往复，直至温度传感器监测到温度达到设定的运行温度后，启动阶段完成，进入运行阶段；在运行阶段，燃料和氧化剂分别通过重整器的燃料进气口和氧化剂进气口进入重整器的重整气预混区，预本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体氧化物燃料电池尾燃驱动重整装置，所述固体氧化物燃料电池尾燃驱动重整装置为外重整装置，设置在SOFC电堆外部，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池尾燃驱动重整装置包括：重整器、尾燃器、表面催化换热器、温度传感器和点火枪；其中，/n重整器包括重整器壳体、重整气进气端盖、燃料进气口、氧化剂进气口、重整气出气端盖和重整气出气口；重整器壳体为内部中空的壳体，中心轴沿水平方向；重整器壳体的一端为进气端设置重整气进气端盖，另一端为出气端设置重整气出气端盖；在重整气进气端盖上分别设置有燃料进气口和氧化剂进气口；在重整气出气端盖上设置有重整气出气口；/n尾燃器包括尾燃器壳体、尾气进气端盖、尾气进气口、空气进气口、尾气出气端盖和尾气出气口；尾燃器壳体为内部中空的壳体，中心轴沿水平方向，并且位于重整器之下；尾燃器壳体的一端为进气端设置尾气进气端盖，另一端为出气端设置尾气出气端盖；在尾气进气端盖上设置有尾气进气口和空气进气口；在尾气出气端盖上设置有尾气出气口；/n表面催化换热器包括重整器换热片、尾燃器换热片、重整器蒸汽连接管、重整器冷凝液连接管、尾燃器蒸汽连接管、尾燃器冷凝液连接管、蒸汽管道、冷凝液管道、气体流通管和流体介质；/n重整器换热片的内部中空；多片相同的重整器换热片平行且与重整器壳体同轴放置在重整器壳体内，重整器换热片的侧壁外边缘与重整器壳体的内壁无缝贴合，靠近重整气进气端盖的一片重整器换热片称为重整器蒸发片，靠近重整气出气端盖的一片重整换热片称为重整器冷凝片；多片重整器换热片将重整器内部分割为三个空间，分别为重整气预混区、重整区和排气区，重整气进气端盖的内表面与重整器蒸发片之间为重整气预混区，多片重整器换热片之间为重整区，重整器冷凝片与重整气出气端盖的内表面之间为排气区；相邻的重整器换热片之间的顶端设置有连通的重整器蒸汽连接管；除重整器蒸发片以外，相邻的重整器换热片之间的底端设置有连通的重整器冷凝液连接管；在每一片重整器换热片的外表面涂敷有重整催化剂；/n尾燃器换热片的内部中空；多片相同的尾燃器换热片平行且同轴放置在尾燃器壳体内，尾燃器蒸发片的外边缘与尾燃器壳体的内边缘无缝贴合，靠近尾气进气端盖的一片尾燃器换热片称为尾燃器蒸发片，靠近尾气出气端盖的一片尾燃器换热片称为尾燃器冷凝片；多片尾燃器换热片将尾燃器内部分割为三个空间，分别为尾气预混区、燃烧区、尾气排放区，尾气进气端盖的内表面与尾燃器蒸发片之间为尾气预混区，多片尾燃器换热片之间为燃烧区，尾燃器冷凝片与尾气出气端盖的内表面之间为尾气排放区；除尾燃器冷凝片外，相邻的尾燃器换热片之间的顶端设置有连通的尾燃器蒸汽连接管；相邻的尾燃器换热片之间的底端设置有连通的尾燃器冷凝液连接管；每片尾燃器换热片的表面涂敷有燃烧催化剂；/n重整器蒸发片的底端与尾燃器蒸发片的顶端设置有连通的蒸汽管道；重整器冷凝片的底端与尾燃器冷凝片的顶端设置有连通的冷凝液管道；重整器换热片、尾燃器换热片、重整器蒸汽连接管、重整器冷凝液连接管、尾燃器蒸汽连接管、尾燃器冷凝液连接管、蒸汽管道和冷凝液管道整体全封闭，内部填充有流体介质，流体介质为导热介质；在每一片重整器换热片和尾燃器换热片上均设置有多个分布均匀的气体流通管，气体流通管的轴平行于重整器和尾燃器的中心轴，从而重整器和尾燃器内的气体能够通过气体流通管穿过重整器换热片和尾燃器换热片，从进气端流通至出气端；/n点火枪伸入至尾燃器的燃烧区内；/n在重整器的重整区内设置有温度传感器；温度传感器通过导线连接至外部的信号接收器；/n固体氧化物燃料电池尾燃驱动重整装置包括启动阶段和运行阶段：/n在启动阶段，温度传感器采集重整器的重整区内的温度信号，并将温度信号传输至外部的信号接收器；尾燃器工作，燃料和空气分别通过尾气进气口和空气进气口进入尾燃器的尾气预混区，预混后通过气体流通管依次经过表面涂敷有催化燃烧催化剂的多组尾燃器换热片，经点火枪点火后在尾燃器的燃烧区中燃烧，多片尾燃器换热片被加热，内部的流体介质蒸发形成蒸汽，从底端上升至顶端，并通过顶端的尾燃器蒸汽连接管传输至蒸汽管道，经蒸汽管道传输至重整器蒸发片，从重整器蒸发片的底端流通至顶端，继续经重整器蒸汽连接管传输，形成蒸汽流道；蒸汽在重整器换热片的传输过程中与重整器换热片外部进行热交换冷凝放热，加热重整器的重整区；蒸汽在除重整器蒸发片以外的重整器换热片内冷凝后形成冷凝液，从顶端下降至底端，并通过底端的重整器冷凝液连接管传输至冷凝液管道，经冷凝液管道传输至尾燃器冷凝片，从尾燃器冷凝片的顶端流通至底端，并继续经尾燃器冷凝液连接管传输，形成冷凝液流道，冷凝液在燃烧区中继续被加热形成蒸汽，如此往复，直至温度传感器监测到温度达到设定的运行温度后，启动阶段完成，进入运行阶段；/n在运行阶段，燃料和氧化剂分别通过重整器的燃料进气口和氧化剂...

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电池尾燃驱动重整装置，所述固体氧化物燃料电池尾燃驱动重整装置为外重整装置，设置在SOFC电堆外部，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池尾燃驱动重整装置包括：重整器、尾燃器、表面催化换热器、温度传感器和点火枪；其中，
重整器包括重整器壳体、重整气进气端盖、燃料进气口、氧化剂进气口、重整气出气端盖和重整气出气口；重整器壳体为内部中空的壳体，中心轴沿水平方向；重整器壳体的一端为进气端设置重整气进气端盖，另一端为出气端设置重整气出气端盖；在重整气进气端盖上分别设置有燃料进气口和氧化剂进气口；在重整气出气端盖上设置有重整气出气口；
尾燃器包括尾燃器壳体、尾气进气端盖、尾气进气口、空气进气口、尾气出气端盖和尾气出气口；尾燃器壳体为内部中空的壳体，中心轴沿水平方向，并且位于重整器之下；尾燃器壳体的一端为进气端设置尾气进气端盖，另一端为出气端设置尾气出气端盖；在尾气进气端盖上设置有尾气进气口和空气进气口；在尾气出气端盖上设置有尾气出气口；
表面催化换热器包括重整器换热片、尾燃器换热片、重整器蒸汽连接管、重整器冷凝液连接管、尾燃器蒸汽连接管、尾燃器冷凝液连接管、蒸汽管道、冷凝液管道、气体流通管和流体介质；
重整器换热片的内部中空；多片相同的重整器换热片平行且与重整器壳体同轴放置在重整器壳体内，重整器换热片的侧壁外边缘与重整器壳体的内壁无缝贴合，靠近重整气进气端盖的一片重整器换热片称为重整器蒸发片，靠近重整气出气端盖的一片重整换热片称为重整器冷凝片；多片重整器换热片将重整器内部分割为三个空间，分别为重整气预混区、重整区和排气区，重整气进气端盖的内表面与重整器蒸发片之间为重整气预混区，多片重整器换热片之间为重整区，重整器冷凝片与重整气出气端盖的内表面之间为排气区；相邻的重整器换热片之间的顶端设置有连通的重整器蒸汽连接管；除重整器蒸发片以外，相邻的重整器换热片之间的底端设置有连通的重整器冷凝液连接管；在每一片重整器换热片的外表面涂敷有重整催化剂；
尾燃器换热片的内部中空；多片相同的尾燃器换热片平行且同轴放置在尾燃器壳体内，尾燃器蒸发片的外边缘与尾燃器壳体的内边缘无缝贴合，靠近尾气进气端盖的一片尾燃器换热片称为尾燃器蒸发片，靠近尾气出气端盖的一片尾燃器换热片称为尾燃器冷凝片；多片尾燃器换热片将尾燃器内部分割为三个空间，分别为尾气预混区、燃烧区、尾气排放区，尾气进气端盖的内表面与尾燃器蒸发片之间为尾气预混区，多片尾燃器换热片之间为燃烧区，尾燃器冷凝片与尾气出气端盖的内表面之间为尾气排放区；除尾燃器冷凝片外，相邻的尾燃器换热片之间的顶端设置有连通的尾燃器蒸汽连接管；相邻的尾燃器换热片之间的底端设置有连通的尾燃器冷凝液连接管；每片尾燃器换热片的表面涂敷有燃烧催化剂；
重整器蒸发片的底端与尾燃器蒸发片的顶端设置有连通的蒸汽管道；重整器冷凝片的底端与尾燃器冷凝片的顶端设置有连通的冷凝液管道；重整器换热片、尾燃器换热片、重整器蒸汽连接管、重整器冷凝液连接管、尾燃器蒸汽连接管、尾燃器冷凝液连接管、蒸汽管道和冷凝液管道整体全封闭，内部填充有流体介质，流体介质为导热介质；在每一片重整器换热片和尾燃器换热片上均设置有多个分布均匀的气体流通管，气体流通管的轴平行于重整器和尾燃器的中心轴，从而重整器和尾燃器内的气体能够通过气体流通管穿过重整器换热片和尾燃器换热片，从进气端流通至出气端；
点火枪伸入至尾燃器的燃烧区内；
在重整器的重整区内设置有温度传感器；温度传感器通过导线连接至外部的信号接收器；
固体氧化物燃料电池尾燃驱动重整装置包括启动阶段和运行阶段：
在启动阶段，温度传感器采集重整器的重整区内的温度信号，并将温度信号传输至外部的信号接收器；尾燃器工作，燃料和空气分别通过尾气进气口和空气进气口进入尾燃器的尾气预混区，预混后通过气体流通管依次经过表面涂敷有催化燃烧催化剂的多组尾燃器换热片，经点火枪点火后在尾燃器的燃烧区中燃烧，多片尾燃器换热片被加热，内部的流体介质蒸发形成蒸汽，从底端上升至顶端，并通过顶端的尾燃器蒸汽连接管传输至蒸汽管道，经蒸汽管道传输至重整器蒸发片，从重整器蒸发片的底端流通至顶端，继续经重整器蒸汽连接管传输，形成蒸汽流道；蒸汽在重整器换热片的传输过程中与重整器换热片外部进行热交换冷凝放热，加热重整器的重整区；蒸汽在除重整器蒸发片以外的重整器换热片内冷凝后形成冷凝液，从顶端下降至底端，并通过底端的重整器冷凝液连接管传输至冷凝液管道，经冷凝液管道传输至尾燃器冷凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雨晴，童欣，任佳伟，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11