CN105789662B - 氨燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氨燃料电池，特点是包括燃烧室、分气室、环形多孔陶瓷结构、一条以上的微管、空气进气管、环形分解室、带有催化媒的多孔螺旋陶瓷气道构件、热交换室、换热管、一条以上的废气排气散热管、一条以上阳极汇流导线、若干条阴极汇流导线、增压阀及点火针；环形多孔陶瓷结构套设在燃烧室上；分气室设在燃烧室及环形多孔陶瓷结构的底部；在燃烧室上设有燃气进气管及废气排气管；微管设在环形多孔陶瓷结构中；多孔螺旋陶瓷气道构件套设在环形多孔陶瓷结构上，环形分解室套设在多孔螺旋陶瓷气道构件上；热交换室套设在环形分解室上，阳极汇流导线设在对应微管内，阴极汇流导线设在环形多孔陶瓷结构的孔内。其具有燃烧效率高，不产生含碳、硫气体，减少了污染气体排放等优点。

Description

氨燃料电池

技术领域

本发明涉及一种氨燃料电池。

背景技术

目前燃料电池发电按电解质的技术分类有：碱性燃料电池（AFC）、磷酸盐型燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）和固体氧化型燃料电池（SOFC）。不同的技术路线采用的燃料不同，总体归结为两大类别：一类是将氢和氧（或空气）中的化学能转换成电能；另一类是烃类碳氢化合物重整后得到一氧化碳和氢气，把一氧化碳和氢气中的化学能转换成电能。

1、燃料电池采用不同的技术路线，均存在各自应用问题；

（1）氢和氧技术路线：液态氢成本过高，气态氢体积庞大，难以大量运输，氢气是易燃易爆物质，安全要求很高。

（2）以氧离子为工作介质（如SOFC）的技术路线：重整过程中，因为碳、氧、水蒸气和重整温度比例关系难以合理高效地匹配，造成催化剂与不完全燃烧时产生的碳及硫接触，使燃料电池性能大幅下降，此外，该技术方案所采用燃料中的碳均会部分转化为二氧化碳，存在等温室气体排放问题。

2、以往的燃料电池系统体积较为庞大，多为外置式，结构比较繁琐和复杂，而且不能充分地利用余热。

烃类碳氢化合物的价格相比氨要贵，在利用率上烃类碳氢化合物利用率要低一些，结构不合理。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种氨燃料电池，其燃烧效率高，燃烧完全,不产生含碳、硫气体，减少了污染气体排放，液化气、液氨的价格相对较低，能利用电解气体的热量及废气的热量加热液氨，节省成本，节约能源，环保，工作效率高，结构紧凑。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的，其是一种氨燃料电池，其特征在于包括：

燃烧室、分气室及环形多孔陶瓷结构；其中所述环形多孔陶瓷结构套设在燃烧室上；所述分气室设在燃烧室及环形多孔陶瓷结构的底部，所述环形多孔陶瓷结构的进气口与分气室连通，在所述分气室上设有一个以上的出气孔，所述分气室的出气孔与燃烧室连通；在所述燃烧室上设有燃气进气管及废气排气管；

一条以上的微管；一条以上所述微管设在环形多孔陶瓷结构中，微管位于燃烧室的周围；

空气进气管；所述空气进气管的进气口与外界空气连通，空气进气管的出气口与分气室连通；

环形分解室及带有催化媒的多孔螺旋陶瓷气道构件；所述多孔螺旋陶瓷气道构件套设在环形多孔陶瓷结构上，所述环形分解室套设在多孔螺旋陶瓷气道构件上；所述多孔螺旋陶瓷气道构件与环形分解室配合形成螺旋气道，螺旋气道的出气口与微管的进气口连通；

热交换室、换热管及一条以上的废气排气散热管；所述热交换室套设在环形分解室上，热交换室的进气管与外界液氨连通，热交换室的出气口与螺旋气道的入气口连通；所述换热管绕在环形分解室上，换热管的进气口与微管的出气口及环形多孔陶瓷结构的出气口连通，换热管的出气口与外界连通；一条以上所述废气排气散热管设在热交换室内，废气排气散热管的进气口与废气排气管连通，废气排气散热管的出气口与外界连通；

一条以上阳极汇流导线及若干条阴极汇流导线；所述阳极汇流导线设在对应的微管内，阳极汇流导线与外部电池负极连通；所述阴极汇流导线设在环形多孔陶瓷结构的孔内，阴极汇流导线与外部电池正极连通；

增压阀；所述增压阀设在空气进气管上；以及

点火针；所述点火针设在燃烧室内。

在所述燃烧室、环形分解室及热交换室的顶部设有上盖；在所述上盖内侧设有集气室及出气室，所述集气室的进气口与废气排气散热管的出气口连通，集气室的出气口与外界连通；所述出气室的进气口分别与微管的出气口及环形多孔陶瓷结构的出气口连通，出气室的出气口与换热管的进气口连通。

在本技术方案中，在所述分气室的底部设有下盖；在所述下盖内侧设有第一分气流道及第二分气流道；所述第一分气流道的进气口与废气排气管连通，第一分气流道的出气口与废气排气散热管的进气口连通；所述第二分气流道将微管的进气口与螺旋气道的出气口连通。

在本技术方案中，在所述第二分气流道的进气口与螺旋气道的出气口之间设有连通管，在所述连通管内设有分子筛。

在本技术方案中，所述出气孔的孔径小于空气进气管的孔径。

在本技术方案中，在所述燃气进气管上设有第一单向阀；在所述热交换室的进气管上设有第二单向阀。

在本技术方案中，在所述环形多孔陶瓷结构外套设有环形不锈钢套。

在本技术方案中，在所述环形分解室的外壁上套设有保温层。

在本技术方案中，在所述热交换室的外壁上套设有隔热层。

在本技术方案中，所述环形分解室、热交换室及燃烧室均由不锈钢制成。

本发明与现有技术相比的优点为:燃烧效率高，燃烧完全,不产生含碳、硫气体，减少了污染气体排放，液化气、液氨的价格相对较低，能利用电解气体的热量及废气的热量加热液氨，节省成本，节约能源，环保，工作效率高，结构紧凑。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中的A－A剖视放大图；

图3 是图1中局部B的放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

在本发明描述中,术语“顶”及“底”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发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“第一”及“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。

如图1至图3所示，其是一种氨燃料电池，包括燃烧室14、分气室4及环形多孔陶瓷结构13；其中所述环形多孔陶瓷结构13套设在燃烧室14上；所述分气室4设在燃烧室14及环形多孔陶瓷结构13的底部，所述环形多孔陶瓷结构13的进气口与分气室4连通，在所述分气室4上设有一个以上的出气孔41，所述分气室4的出气孔41与燃烧室14连通；在所述燃烧室14上设有燃气进气管17，所述燃气进气管17的出气口与燃烧室14连通，燃气进气管17的入气口与外界燃气连通；

八条微管1；八条所述微管1设在环形多孔陶瓷结构13中，八条微管1平均分布在燃烧室14的周围，微管1可以根据用户的需求增加或减少；

空气进气管15；所述空气进气管15的进气口与外界空气连通，空气进气管15的出气口与分气室4连通；

环形分解室9及带有催化媒的多孔螺旋陶瓷气道构件12；所述多孔螺旋陶瓷气道构件12套设在环形多孔陶瓷结构13上，所述环形分解室9套设在多孔螺旋陶瓷气道构件12上；所述多孔螺旋陶瓷气道构件12与环形分解室9配合形成螺旋气道91，螺旋气道91的出气口与微管1的进气口连通；

热交换室21、换热管10及六条废气排气散热管11；所述热交换室21套设在环形分解室9上，热交换室21的进气管211与外界液氨连通，热交换室212的出气管212与螺旋气道91的入气口连通；所述换热管10绕在环形分解室9上，换热管10的进气口101与微管1的出气口及环形多孔陶瓷结构13的出气口连通，换热管10的出气口102与外界连通；六条所述废气排气散热管11平均分布在热交换室21内，废气排气散热管11的进气口111与燃烧室14连通，废气排气散热管11的出气口112与外界连通；废气排气散热管11的数量可以根据实际情况增加或减少；

八条阳极汇流导线19及若干条阴极汇流导线23；所述阳极汇流导线19设在对应的微管1内即在每条微管1内均设有一条阳极汇流导线19，阳极汇流导线19与外部电池负极连通；所述阴极汇流导线23设在环形多孔陶瓷结构13的孔内，阴极汇流导线23与外部电池正极连通；阳极汇流导线19的数量应与微管1的数量相同；

增压阀16；所述增压阀161设在空气进气管15上以调节空气进气管15的空气进气量；以及

点火针2；所述点火针2设在燃烧室14内，点火针点燃进入燃烧室14内的燃气。

使用时，燃气通过燃气进气管17进入燃烧室14内，空气通过空气进气管15进入分气室4中，分气室4中一路空气从分气室4上的出气孔41呈喷射状进入燃烧室14中；另一路的空气进入环形多孔陶瓷结构13中，环形多孔陶瓷结构13吸收燃烧室14产生的热量，空气在环形多孔陶瓷结构13中反应变成带有阴极电子的气体，阴极汇流导线23将阴极电子传输给外部的电池正极中，带有热量气体通过换热管10对热交换室21的液氨进行加热，然后排出室外；增压阀16调节空气进气管15的进气量，使空气与燃气在燃烧室14中充分混合燃烧，燃烧后的气体排至废气散热管11中，废气散热管11对热交换室21内的液氨加热，液氨受热变成气态氨，氨气通过带有催化媒的螺旋气道91反应成3:1的氢氮混合气体，氢氮混合气体通过螺旋气道91的出气口进入微管1内，氢氮混合气体吸收燃烧室14产生的热量分解变为带有阳极电子的气体，阳极汇流导线19将阳极电子传输给外部的电池负极中；带有热量的电离子气体通过微管1的出气口进入换热管10内，对热交换室6中的液氨进一步加热，热交换室21的液氨受热完全。

在本实施例中，在所述燃烧室14、环形分解室9及热交换室21的顶部设有上盖20；在所述上盖20内侧设有集气室201及出气室202，所述集气室201的进气口与废气排气散热管11的出气口112连通，集气室201的出气口与外界连通；所述出气室202的进气口分别与微管1的出气口及环形多孔陶瓷结构13的出气口连通，出气室202的出气口与换热管10的进气口连通。

在本实施例中，在所述分气室4的底部设有下盖6；在所述下盖6内侧设有第一分气流道61及第二分气流道62；所述第一分气流道61的进气口与废气排气管3连通，第一分气流道61的出气口与废气排气散热管11的进气口111连通；所述第二分气流道62将微管1的进气口与螺旋气道91的出气口连通。

在本实施例中，在所述第二分气流道62的进气口与螺旋气道91的出气口之间设有连通管25，在所述连通管25内设有分子筛。使用时，分子筛对进入第二分气流道62的气体进行过滤。

在本实施例中，所述分气室4的出气孔41的孔径小于空气进气管15的孔径。

在本实施例中，在所述燃气进气管17上设有第一单向阀18；在所述热交换室21的进料管211与外界液氨连通的管上设有第二单向阀22。

在本实施例中，在所述环形多孔陶瓷结构13外套设有环形不锈钢套8。使用时，环形不锈钢套8可以防止气体从多孔陶瓷结构13的外壁流出，并将多孔陶瓷结构13吸收的热量传输给环形分解室9中。

在本实施例中，在所述环形分解室9的外壁上套设有保温层7。

在本实施例中，在所述热交换室21的外壁上套设有隔热层24。

在本实施例中，所述环形分解室9、热交换室21及燃烧室14均由不锈钢制成。

以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换及变形仍落入在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种氨燃料电池，其特征在于包括：

燃烧室（14）、分气室（4）及环形多孔陶瓷结构（13）；其中所述环形多孔陶瓷结构（13）套设在燃烧室（14）上；所述分气室（4）设在燃烧室（14）及环形多孔陶瓷结构（13）的底部，所述环形多孔陶瓷结构（13）的进气口与分气室（4）连通，在所述分气室（4）上设有一个以上的出气孔（41），所述分气室（4）的出气孔（41）与燃烧室（14）连通；在所述燃烧室（14）上设有燃气进气管（17）及废气排气管（3）；

一条以上的微管（1）；一条以上所述微管（1）设在环形多孔陶瓷结构（13）中，微管（1）位于燃烧室（14）的周围；

空气进气管（15）；所述空气进气管（15）的进气口与外界空气连通，空气进气管（15）的出气口与分气室（4）连通；

环形分解室（9）及带有催化媒的多孔螺旋陶瓷气道构件（12）；所述多孔螺旋陶瓷气道构件（12）套设在环形多孔陶瓷结构（13）上，所述环形分解室（9）套设在多孔螺旋陶瓷气道构件（12）上；所述多孔螺旋陶瓷气道构件（12）与环形分解室（9）配合形成螺旋气道（91），螺旋气道（91）的出气口与微管（1）的进气口连通；

热交换室（21）、换热管（10）及一条以上的废气排气散热管（11）；所述热交换室（21）套设在环形分解室（9）上，热交换室（21）的进气管（211）与外界液氨连通，热交换室（21）的出气口（212）与螺旋气道（91）的入气口连通；所述换热管（10）绕在环形分解室（9）上，换热管（10）的进气口（101）与微管（1）的出气口及环形多孔陶瓷结构（13）的出气口连通，换热管（10）的出气口（102）与外界连通；一条以上所述废气排气散热管（11）设在热交换室（21）内，废气排气散热管（11）的进气口（111）与废气排气管（3）连通，废气排气散热管（11）的出气口（112）与外界连通；

一条以上阳极汇流导线（19）及若干条阴极汇流导线（23）；所述阳极汇流导线（19）设在对应微管（1）内，阳极汇流导线（19）与外部电池负极连通；所述阴极汇流导线（23）设在环形多孔陶瓷结构（13）的孔内，阴极汇流导线（23）与外部电池正极连通；

增压阀（16）；所述增压阀（16）设在空气进气管（15）上；以及

点火针（2）；所述点火针（2）设在燃烧室（14）内。

2.根据权利要求1所述的氨燃料电池，其特征在于在所述燃烧室（14）、环形分解室（9）及热交换室（21）的顶部设有上盖（20）；在所述上盖（20）内侧设有集气室（201）及出气室（202），所述集气室（201）的进气口与废气排气散热管（11）的出气口（112）连通，集气室（201）的出气口与外界连通；所述出气室（202）的进气口分别与微管（1）的出气口及环形多孔陶瓷结构（13）的出气口连通，出气室（202）的出气口与换热管（10）的进气口连通。

3.根据权利要求1所述的氨燃料电池，其特征在于在所述分气室（4）的底部设有下盖（6）；在所述下盖（6）内侧设有第一分气流道（61）及第二分气流道（62）；所述第一分气流道（61）的进气口与废气排气管（3）连通，第一分气流道（61）的出气口与废气排气散热管（11）的进气口（111）连通；所述第二分气流道（62）将微管（1）的进气口与螺旋气道（91）的出气口连通。

4.根据权利要求3所述的氨燃料电池，其特征在于在所述第二分气流道（62）的进气口与螺旋气道（91）的出气口之间设有连通管（25），在所述连通管（25）内设有分子筛。

5.根据权利要求1所述的氨燃料电池，其特征在于所述分气室（4）的出气孔（41）的孔径小于空气进气管（15）的孔径。

6.根据权利要求1所述的氨燃料电池，其特征在于在所述燃气进气管（17）上设有第一单向阀（18）；在所述热交换室（21）的进气管（211）上设有第二单向阀（22）。

7.根据权利要求1所述的氨燃料电池，其特征在于在所述环形多孔陶瓷结构（13）外套设有环形不锈钢套（8）。

8.根据权利要求1所述的氨燃料电池，其特征在于在所述环形分解室（9）的外壁上套设有保温层（7）。

9.根据权利要求1所述的氨燃料电池，其特征在于在所述热交换室（21）的外壁上套设有隔热层（24）。

10.根据权利要求1所述的氨燃料电池，其特征在于所述环形分解室（9）、热交换室（21）及燃烧室（14）均由不锈钢制成。