CN108649245A - 一种固体氧化物燃料电池的燃烧室及其自动控温的方法 - Google Patents

一种固体氧化物燃料电池的燃烧室及其自动控温的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108649245A
CN108649245A CN201810397236.1A CN201810397236A CN108649245A CN 108649245 A CN108649245 A CN 108649245A CN 201810397236 A CN201810397236 A CN 201810397236A CN 108649245 A CN108649245 A CN 108649245A
Authority
CN
China
Prior art keywords
combustion chamber
combustion
temperature
gas
heat
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Granted
Application number
CN201810397236.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108649245B (zh
Inventor
蒋建华
吴小东
李曦
李箭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Huake Fusai New Energy Co Ltd
Original Assignee
Wuhan Huake Fusai New Energy Co Ltd
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 Wuhan Huake Fusai New Energy Co Ltd filed Critical Wuhan Huake Fusai New Energy Co Ltd
Priority to CN201810397236.1A priority Critical patent/CN108649245B/zh
Publication of CN108649245A publication Critical patent/CN108649245A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108649245B publication Critical patent/CN108649245B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022—Heating by combustion
    • 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
    • H01M8/04037—Electrical heating
    • 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
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04373—Temperature; Ambient temperature of auxiliary devices, e.g. reformers, compressors, burners
    • 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
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H01M8/04738—Temperature of auxiliary devices, e.g. reformer, compressor, burner
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池的燃烧室，包括入口气体混合单元和燃烧腔室单元，入口气体混合单元包括燃烧室空气管道、冷空气旁路管道、燃烧室燃料管道、气体旋转器和底部固定外壳；燃烧腔室单元包括电加热丝、蓄热材料、隔热材料、燃烧室外壁和腔室测温热电偶。本发明在固体氧化物燃料电池系统进行状态切换时，自动监测温度，并在温度过低时开启电加热装置，对燃烧室进行升温，温度过高时开启冷空气旁路管道，对燃烧室进行降温，维持燃烧室在燃烧反应温度区间，使得可燃混合气体在浓度稀薄的条件下也能完全燃烧，保证燃烧室在系统状态切换下的燃烧完全和温度平衡。本发明还公开了一种固体氧化物燃料电池的燃烧室的自动控温的方法。

Description

一种固体氧化物燃料电池的燃烧室及其自动控温的方法
技术领域
本发明涉及固体氧化物燃料电池的技术领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池的燃烧室及其自动控温的方法。
背景技术
能源问题和环境问题是当今人类社会面对的两大问题，而解决能源和环境问题的关键在于寻找环保、高效的可替代能源，燃料电池发电技术便应运而生。燃料电池发电技术之一是固体氧化物燃料电池发电技术，固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是一种直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置，因其发电效率高、清洁无污染、安静无噪声的优点，成为二十一世纪极具发展潜力的绿色能源之一。
固体氧化物燃料电池发电技术的应用，需要在系统中协调运作，才能实现可靠稳定的电能输出，独立的SOFC发电系统包括：电堆、燃烧室，换热器、旁路阀、鼓风机、控制柜。在SOFC独立发电系统中，燃烧室作为尾气回收的功能部件，其作用是使得电堆阳极和阴极还未反应完的燃料和空气，即排出的尾气，在燃烧室中完全燃烧，产生高温烟气，通入换热器对冷空气以及燃料气体进行预热，使得进入电堆的空气和燃料达到反应所需的高温。燃烧室通过尾气回收，为系统提供热量的同时，也提高了燃料的利用率。由此可知，在SOFC系统独立发电运行的过程中，电堆尾气回收燃烧室单元是不可或缺的。
现有的燃烧室大部分为催化燃烧室，需要提供昂贵的催化剂才能使得燃烧室中反应完全，使得生产成本显著提高，而已有的明火燃烧室也存在燃烧不稳定，缺少独立的燃烧室温度控制流程。目前在已知的已公开发明中，发明人关于各种燃烧器的专利申请，也没有结合固体氧化物燃料电池系统，来对系统中的燃烧室进行具体的设计与控制，来保证燃烧室在该系统中发挥正常作用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种固体氧化物燃料电池的燃烧室，该燃烧室用于固体氧化物燃料电池发电系统运行过程中的系统预热、尾气回收、稳定燃烧，具有材料易加工、功能健全、面向系统应用的优点。
本发明的另一个目的在于提供一种固体氧化物燃料电池的燃烧室的自动控温的方法，能够自动对燃烧室进行温度检测，实施升温或降温控制手段，保证固体氧化物燃料电池发电系统在运行过程中，燃烧室在不同稀薄燃料条件下能够稳定充分燃烧，为系统提供热量，提高系统燃料利用率。
为了实现上述目的，本发明采用的固体氧化物燃料电池的燃烧室，包括入口气体混合单元和燃烧腔室单元，所述入口气体混合单元包括：
燃烧室空气管道，用于通入空气；
冷空气旁路管道，用于在燃烧室温度过高时，通过该冷空气旁路管道通入定量的冷空气，对燃烧室进行降温，保持燃烧室温度稳定；
燃烧室燃料管道，用于通入燃料气体；
气体旋转器，用于预混合之后的空气和燃料气体，经过气体旋转器的喷嘴旋转曲面，使得气体混合更加充分，进入气体混合腔室，保证从气体旋转器出来的气体进一步在腔室中充分均匀混合；
底部固定外壳，用于固定空气与燃料混合管道以及支撑燃烧室；
所述燃烧腔室单元包括：
电加热丝，用于在外部电加热装置开启时，对燃烧室进行加热，使得可燃混合物发生燃烧反应；
蓄热材料，用于保证从入口气体混合单元随气流扩散的混合气体进一步混合充分，并在多孔结构中发生燃烧反应，保证燃料完全燃烧，同时蓄热材料将热量蓄积，提高燃烧室及混合气整体温度；
隔热材料，用于在燃烧反应发生时，在蓄热材料与燃烧室外壁之间起到缓冲作用，避免蓄热材料与燃烧室外壁在高温环境下受热膨胀导致挤压破裂，并为蓄热区起到隔热保温作用；
腔室测温热电偶，用于实时监测燃烧腔室温度，为是否进行再加热提供判断条件。
优选的，所述燃烧室空气管道和燃烧室燃料管道采用套筒式预混合的模式，口径较大的燃烧室空气管道在外围，通入流量较大的空气；口径较小的燃烧室燃料管道在里层，通入流量较小的燃料气体。
其中，在进入燃烧腔室单元的燃烧室空气管道的管径和燃烧室燃料管道的管径均呈锥形变小，起到收缩气流的作用，加快气体流速。
在本发明优选实施例中，所述蓄热材料为致密多孔氧化锆陶瓷。
在本发明优选实施例中，所述隔热材料为保温玻璃纤维棉，其包裹在所述蓄热材料周围并介于所述蓄热材料与燃烧室外壁之间。
在本发明优选实施例中，所述电加热丝缠绕在燃烧室的外壁上。
由上，基于本发明的燃烧室，对其燃烧状态进行温度控制，通过燃烧腔室的热电偶进行实时温度检测，根据温度条件判断是否自动开启电加热装置，进行燃烧室升温，或开启冷空气旁路管道，进行燃烧室降温，保持燃烧室温度稳定，使得固体氧化物燃料电池发电系统在运行过程中，燃烧室在不同稀薄燃料条件下能够稳定燃烧并反应完全，回收固体氧化物燃料电池发电系统电堆未反应完的尾气，为系统提供热量，提高系统的能量利用率。
为了实现上述目的，本发明采用的一种固体氧化物燃料电池的燃烧室的自动控温的方法是：包括以下步骤：
在固体氧化物燃料电池发电系统启动阶段：开启外部加热装置，电加热丝进行加热，当测温热电偶(11，12，13)均达到550℃以上，通过燃烧室入口气体混合单元中的燃烧室空气管道和燃烧室燃料管道，分别通入适量流量的空气和燃料，空气和燃料在气体旋转器处充分混合，进入燃烧腔室单元；电加热后的高温红热的多孔陶瓷点燃空气和燃料的混合气体，发生燃烧反应，混合气体随流体扩散，在蓄热材料的混合和蓄热作用下，燃烧室整体温度升高，达到高温状态，使得从燃烧腔室单元的燃烧室出口的混合气体呈高温状态，为后续的系统换热提供热量；
在固体氧化物燃料电池发电系统正常运行和状态切换阶段：当外部功率改变时，固体氧化物燃料电池发电系统中电堆消耗的燃料会相应发生改变，当其消耗量增多时，则进入燃烧室的燃料含量会减少，使得燃料气体中燃料的浓度降低，导致燃烧室中的燃料燃烧不完全，通过燃烧腔室热电偶(11，12，13)进行实时温度检测，根据温度条件判断是否自动开启电加热装置和冷空气旁路管道，保持燃烧室燃烧反应完全及温度稳定状态，为系统级的固体氧化物燃料电池发电系统回收未反应完的尾气。
本发明在固体氧化物燃料电池系统进行状态切换时，自动监测温度并在温度过低时开启电加热装置，对燃烧室进行升温，温度过高时开启冷空气旁路管道，对燃烧室进行降温，维持燃烧室在燃烧反应温度区间，使得可燃混合气体在浓度稀薄的条件下也能完全燃烧，保证燃烧室在系统状态切换下的燃烧完全和温度平衡。本发明的燃烧室对其燃烧状态进行温度控制，通过燃烧腔室的腔室测温热电偶进行实时温度检测，根据温度条件判断是否自动开启电加热装置，进行燃烧室升温，或开启冷空气旁路管道，进行燃烧室降温，保持燃烧室温度稳定，使得固体氧化物燃料电池发电系统在运行过程中，燃烧室在不同稀薄燃料条件下能够稳定燃烧并反应完全，回收固体氧化物燃料电池发电系统电堆未反应完的尾气，为系统提供热量，提高系统的能量利用率。本发明的固体氧化物燃料电池发电系统的燃烧室，具有结构易加工，无需昂贵的催化剂催化燃烧，无需额外的点火装置，能够使得固体氧化物燃料电池发电系统电堆未反应完的燃料和空气发生燃烧反应，气体旋转器使得气体混合更加充分，多孔蓄热陶瓷能够保证再次混合气更加均匀并燃烧完全，通过自动监测温度并开启电加热和冷空气旁路，实现燃烧室自动加热与温度控制，能够保证在固体氧化物燃料电池发电系统正常运行和状态切换阶段，进入燃烧室的燃料含量发生变化时，保持燃烧室持续燃烧和温度稳定，为系统换热提供高温尾气，提高系统燃料利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明实施例提供的固体氧化物燃料电池的燃烧室的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的固体氧化物燃料电池的燃烧室的截面图；
图3为本发明实施例提供的固体氧化物燃料电池的燃烧室的气体旋转器的俯视图；
图4为本发明实施例提供的固体氧化物燃料电池的燃烧室的气体旋转器的侧视图；
图5为本发明实施例提供的固体氧化物燃料电池的燃烧室的蓄热材料的多孔结构截面图；
图6为本发明实施例提供的固体氧化物燃料电池的燃烧室的自动控温方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1-图5所示，本发明的固体氧化物燃料电池的燃烧室包括入口气体混合单元和燃烧腔室单元，其中，入口气体混合单元包括燃烧室空气管道1、冷空气旁路管道2、燃烧室燃料管道3、气体旋转器4和底部固定外壳5。燃烧腔室单元包括电加热丝6、蓄热材料7、隔热材料8、燃烧室外壁9和腔室测温热电偶10，11，12，13，14。图1和图2是本发明的固体氧化物燃料电池的燃烧室的结构示意图，从外部平面图可以显示出燃烧室空气与燃料进口管道，冷空气旁路管道2，腔室测温热电偶10，11，12，13，14以及缠绕在燃烧室外壁的电加热丝6，其中后续的控温流程中，对燃烧室进行升温的为电加热丝6，对燃烧室进行降温的为冷空气旁路管道2。图3和图4为本发明的固体氧化物燃料电池的燃烧室的气体旋转器的结构示意图，当空气与燃料从相应管道进入时，气体通过气体旋转器4时，部分气体从旋转器中心穿透，另一部分气体在旋转曲面的作用下，沿着曲面流动，中心气流和旋转面气流进行混合，到达燃烧室腔室单元，为下一步的燃烧反应提供混合可燃气体。图5是本发明燃烧腔室单元中的蓄热材料的多孔结构截面图，燃烧室腔室单元前部的气流扩散至燃烧室腔室单元中的蓄热材料7处，蓄热材料7选用为孔密度为10PPI的氧化锆陶瓷，其致密的多孔结构保证了气体进一步充分混合，并保证了燃烧室内部高温状态，使得燃烧室出口15尾气也呈现高温状态，为进一步地系统换热提供基础。
本发明的燃烧室空气管道1和燃烧室燃料管道3采用套筒式预混合的模式，口径较大的燃烧室空气管道1在外围，通入流量较大的空气；口径较小的燃烧室燃料管道3在里层，通入流量较小的燃料气体。在进入燃烧腔室单元的燃烧室空气管道1的管径和燃烧室燃料管道3的管径均呈锥形变小，起到收缩气流的作用，加快气体流速。冷空气旁路管道2用于在燃烧室温度过高时，通过该冷空气旁路管道2通入定量的冷空气，对燃烧室进行降温，保持燃烧室温度稳定。气体旋转器4用于预混合之后的空气和燃料气体，经过气体旋转器4的喷嘴旋转曲面，使得气体混合更加充分，进入气体混合腔室，保证从气体旋转器4出来的气体进一步在腔室中充分均匀混合。底部固定外壳5起到固定空气与燃料混合管道以及支撑燃烧室的作用；电加热丝6能够在外部电加热装置开启时，对燃烧室进行加热，使得可燃混合物发生燃烧反应；蓄热材料7为致密多孔氧化锆陶瓷，保证从入口气体混合单元随气流扩散的混合气体进一步混合充分，并在多孔结构中发生燃烧反应，保证燃料完全燃烧，同时蓄热材料7也将热量蓄积，提高燃烧室及混合气整体温度；隔热材料8为保温玻璃纤维棉，其包裹在所述蓄热材料7周围并介于所述蓄热材料7与燃烧室外壁9之间，在燃烧反应发生时，在蓄热材料7与燃烧室外壁9之间起到缓冲作用，避免它们在高温环境下受热膨胀导致挤压破裂，并为蓄热区起到隔热保温作用；腔室测温热电偶10，11，12，13，14，用于实时监测燃烧腔室温度，为是否进行再加热提供判断条件，其中，腔室测温热电偶11，12，13在燃烧反应发生时，实时监测其内部温度，为燃烧室内部温度安全提供监测保障。
具体实施时，先启动电加热装置，使电加热丝6开始工作，当测温热电偶11，12，13到达550℃以上，给定一定流量空气和燃料气体进入燃烧室，在气体旋转器4的作用下，扩散均匀，进入燃烧腔室单元前部，气体在腔室混合充分，在气流带动下，首先与致密多孔氧化锆陶瓷材料即蓄热材料7接触，通过致密多孔结构继续扩散至燃烧室腔室中后部，多孔陶瓷减缓气流速度，将热量蓄积，并保持燃烧室腔室呈高温状态，使得进入燃烧室的空气和燃料得到充分反应，并且使得燃烧室出口15气体温度维持高温，为进行下一步的气体换热提供基础。
如图6所示，为本发明的固体氧化物燃料电池的燃烧室的保证燃烧完全的自动控温方法的流程图，能够自动对燃烧室进行温度检测，实施升温或降温控制手段，保证SOFC发电系统在运行过程中，燃烧室在不同稀薄燃料条件下能够稳定充分燃烧，为系统提供热量，提高系统燃料利用率。在固体氧化物燃料电池发电系统正常运行和状态切换阶段，SOFC发电系统中电堆消耗的燃料会相应发生改变，当其消耗量增多时，则进入燃烧室的燃料含量会减少，使得燃料气体中燃料的浓度降低，此时燃烧室极易发生火焰熄灭情况，导致燃烧室中的燃料燃烧不完全。为保证SOFC发电系统在运行过程中，燃烧室在不同稀薄燃料条件下能够稳定充分燃烧，基于本发明设计的燃烧室结构，对其燃烧反应进行自动电加热温度控制，如图6所示的流程，首先通过燃烧腔室单元中热电偶11，12，13进行实时温度检测，定义该温度为T1、T2、T3，根据温度条件判断当温度T1、T2、T3是否均大于550℃，若否，则自动开启电加热装置，缠绕在燃烧室外壁的电加热丝6即对燃烧室进行加热，循环检测过程与电加热过程，若检测温度T1、T2、T3均大于550℃，则关闭电加热，燃烧反应将使得燃烧室温度上升；若检测温度T1、T2、T3其中一个大于900℃时，开启冷空气旁路，使燃烧室降温。整个监测与控制过程能够保持燃烧室温度在550℃到900℃稳定状态，维持完全的燃烧反应，为系统级的固体氧化物燃料电池发电系统回收未反应完的尾气，提供系统所需热量，提高系统的能量利用率。
具体地，本发明的固体氧化物燃料电池的燃烧室的自动控温的方法，包括以下步骤：
在固体氧化物燃料电池发电系统启动阶段，首先开启外部加热装置，燃烧室外壁的电加热丝6对燃烧腔室进行加热，使其达到高温状态，测温热电偶11，12，13均达到550℃以上；其次，通过燃烧室入口气体混合单元中的燃烧室空气管道1和燃烧室燃料管道3，分别通入适量流量的空气和燃料，空气和燃料经过各自管道的缩进口，在气体旋转器4处充分混合；进入燃烧腔室单元，使得空气和燃料的混合气体，在燃烧腔室中进行燃烧反应，混合气体随流体扩散进入燃烧腔室单元，在蓄热材料7的二次混合和蓄热作用下，进行燃烧反应，燃烧室整体温度升高，达到高温状态，使得从燃烧腔室单元的燃烧室出口15的混合气体称高温状态，为后续的系统换热提供热量。
在固体氧化物燃料电池发电系统正常运行和状态切换阶段，当外部功率改变时，SOFC发电系统中电堆消耗的燃料会相应发生改变，当其消耗量增多时，则进入燃烧室的燃料含量会减少，使得燃料气体中燃料的浓度降低，若此时燃烧室温度过低，此时燃烧室内极易发生混合气体燃烧不充分情况。为保证SOFC发电系统在运行过程中，燃烧室在不同稀薄燃料条件下能够稳定充分燃烧，基于上述设计的燃烧室结构，对其进行自动温度控制，通过燃烧腔室热电偶11，12，13进行实时温度检测，根据温度条件判断：当其温度低于某一温度下限值时，自动开启电加热装置，对燃烧室进行升温，当其温度高于某一温度上限值时，开启冷空气旁路管道2，对燃烧室进行降温，通过自动检测与控制手段，保持燃烧室温度稳定状态，使得其中的空气和燃料混合气发生完全的燃烧反应，为系统级的固体氧化物燃料电池发电系统回收未反应完的尾气，为SOFC系统后续换热提供热量，提高系统的能量利用率。
本发明在固体氧化物燃料电池系统进行状态切换时，自动监测温度并在温度过低时开启电加热装置，对燃烧室进行升温，温度过高时开启冷空气旁路管道，对燃烧室进行降温，维持燃烧室在燃烧反应温度区间，使得可燃混合气体在浓度稀薄的条件下也能完全燃烧，保证燃烧室在系统状态切换下的燃烧完全和温度平衡。本发明的燃烧室对其燃烧状态进行温度控制，通过燃烧腔室的腔室测温热电偶进行实时温度检测，根据温度条件判断是否自动开启电加热装置，进行燃烧室升温，或开启冷空气旁路管道，进行燃烧室降温，保持燃烧室温度稳定，使得SOFC发电系统在运行过程中，燃烧室在不同稀薄燃料条件下能够稳定燃烧并反应完全，回收固体氧化物燃料电池发电系统电堆未反应完的尾气，为系统提供热量，提高系统的能量利用率。本发明的SOFC发电系统的燃烧室，具有结构易加工，无需昂贵的催化剂催化燃烧，无需额外的点火装置，能够使得SOFC发电系统电堆未反应完的燃料和空气发生燃烧反应，气体旋转器4使得气体混合更加充分，多孔蓄热陶瓷能够保证再次混合气更加均匀并燃烧完全，通过自动监测温度并开启电加热和冷空气旁路，实现燃烧室自动加热与温度控制，能够保证在SOFC发电系统正常运行和状态切换阶段，进入燃烧室的燃料含量发生变化时，保持燃烧室持续燃烧和温度稳定，为系统换热提供高温尾气，提高系统燃料利用率。
以上所揭露的仅为本发明的几种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种固体氧化物燃料电池的燃烧室，包括入口气体混合单元和燃烧腔室单元，其特征在于，所述入口气体混合单元包括：
燃烧室空气管道(1)，用于通入空气；
冷空气旁路管道(2)，用于在燃烧室温度过高时，通过该冷空气旁路管道(2)通入定量的冷空气，对燃烧室进行降温，保持燃烧室温度稳定；
燃烧室燃料管道(3)，用于通入燃料气体；
气体旋转器(4)，用于预混合之后的空气和燃料气体，经过气体旋转器(4)的喷嘴旋转曲面，使得气体混合更加充分，进入气体混合腔室，使从气体旋转器(4)出来的气体进一步在腔室中充分均匀混合；
底部固定外壳(5)，用于固定空气与燃料混合管道以及支撑燃烧室；
所述燃烧腔室单元包括：
电加热丝(6)，用于在外部电加热装置开启时，对燃烧室进行加热，使得可燃混合物发生燃烧反应；
蓄热材料(7)，用于保证从入口气体混合单元随气流扩散的混合气体进一步混合充分，并在多孔结构中发生燃烧反应，保证燃料完全燃烧，同时蓄热材料(7)将热量蓄积，提高燃烧室及混合气整体温度；
隔热材料(8)，用于在燃烧反应发生时，在蓄热材料(7)与燃烧室外壁(9)之间起到缓冲作用，避免蓄热材料(7)与燃烧室外壁(9)在高温环境下受热膨胀导致挤压破裂，并为蓄热区起到隔热保温作用；
腔室测温热电偶(10，11，12，13，14)，用于实时监测燃烧腔室温度，为是否进行再加热提供判断条件。
2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池的燃烧室，其特征在于：所述燃烧室空气管道(1)和燃烧室燃料管道(3)采用套筒式预混合的模式，口径较大的燃烧室空气管道(1)在外围，通入流量较大的空气；口径较小的燃烧室燃料管道(3)在里层，通入流量较小的燃料气体。
3.根据权利要求1或2所述的固体氧化物燃料电池的燃烧室，其特征在于：在进入燃烧腔室单元的燃烧室空气管道(1)的管径和燃烧室燃料管道(3)的管径均呈锥形，起到收缩气流的作用，加快气体流速。
4.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池的燃烧室，其特征在于：所述蓄热材料(7)为致密多孔氧化锆陶瓷。
5.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池的燃烧室，其特征在于：所述隔热材料(8)为保温玻璃纤维棉，其包裹在所述蓄热材料(7)周围并介于所述蓄热材料(7)与燃烧室外壁(9)之间。
6.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池的燃烧室，其特征在于：所述电加热丝(6)缠绕在燃烧室的外壁上。
7.一种根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池的燃烧室的自动控温的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在固体氧化物燃料电池发电系统启动阶段：开启外部加热装置，电加热丝(6)进行加热，当测温热电偶(11，12，13)均达到550℃以上，通过燃烧室入口气体混合单元中的燃烧室空气管道(1)和燃烧室燃料管道(3)，分别通入适量流量的空气和燃料，空气和燃料在气体旋转器(4)处充分混合，进入燃烧腔室单元；电加热后的高温红热的多孔陶瓷点燃空气和燃料的混合气体，发生燃烧反应，混合气体随流体扩散，在蓄热材料(7)的混合和蓄热作用下，燃烧室整体温度升高，达到高温状态，使得从燃烧腔室单元的燃烧室出口(15)的混合气体呈高温状态，为后续的系统换热提供热量；
在固体氧化物燃料电池发电系统正常运行和状态切换阶段：当外部功率改变时，固体氧化物燃料电池发电系统中电堆消耗的燃料会相应发生改变，当其消耗量增多时，则进入燃烧室的燃料含量会减少，使得燃料气体中燃料的浓度降低，导致燃烧室中的燃料燃烧不完全，通过燃烧腔室热电偶(11，12，13)进行实时温度检测，根据温度条件判断是否自动开启电加热装置和冷空气旁路管道(2)，保持燃烧室燃烧反应完全及温度稳定状态。
CN201810397236.1A 2018-04-28 2018-04-28 一种固体氧化物燃料电池的燃烧室及其自动控温的方法 Active CN108649245B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810397236.1A CN108649245B (zh) 2018-04-28 2018-04-28 一种固体氧化物燃料电池的燃烧室及其自动控温的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810397236.1A CN108649245B (zh) 2018-04-28 2018-04-28 一种固体氧化物燃料电池的燃烧室及其自动控温的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108649245A true CN108649245A (zh) 2018-10-12
CN108649245B CN108649245B (zh) 2020-12-08

Family

ID=63748436

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810397236.1A Active CN108649245B (zh) 2018-04-28 2018-04-28 一种固体氧化物燃料电池的燃烧室及其自动控温的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108649245B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109742423A (zh) * 2019-01-07 2019-05-10 中氢新能技术有限公司 一种燃料电池系统及燃烧系数的计算和燃烧程度的判断方法
CN111933971A (zh) * 2020-08-13 2020-11-13 华北电力大学（保定） 一种固体氧化物燃料电池混合储能发电系统
CN113851673A (zh) * 2021-09-08 2021-12-28 广东佛燃科技有限公司 一种固体氧化物燃料电池热电联供系统及其运行方法
CN114450829A (zh) * 2019-08-14 2022-05-06 新贵电力公司 固体氧化物燃料电池传导
CN114597442A (zh) * 2020-12-03 2022-06-07 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池快速启动装置及方法
CN115020761A (zh) * 2022-07-12 2022-09-06 上海齐耀动力技术有限公司 一种固体氧化物燃料电池用尾气燃烧器及其控制方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016057026A1 (en) 2014-10-07 2016-04-14 Protonex Technology Corporation Sofc-conduction

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1515385A2 (en) * 2003-07-26 2005-03-16 Rolls-Royce Fuel Cell Systems Limited A Fuel cell pre-reformer for higher Hydrocarbons
CN102130354A (zh) * 2011-01-14 2011-07-20 华南理工大学 一种直接碳固体氧化物燃料电池电源系统
WO2012025661A1 (en) * 2010-08-25 2012-03-01 Wärtsilä Finland Oy Method and arrangement to control operating conditions in fuel cell device
CN103423744A (zh) * 2012-05-15 2013-12-04 广州市增城鑫福五金加工厂 三方向鼓风套筒式节能燃气炉头
CN105552411A (zh) * 2015-12-09 2016-05-04 广东中商国通电子股份有限公司燃料电池研发分公司 氨在sofc电池中的应用及其应用装置
CN106104158A (zh) * 2014-03-19 2016-11-09 住友精密工业株式会社 燃烧器及燃料电池系统
CN106640391A (zh) * 2016-12-14 2017-05-10 苏州千层茧农业科技有限公司 一种发动机扭力提速器
CN107339697A (zh) * 2017-04-21 2017-11-10 宁波方太厨具有限公司 一种燃气灶的喷嘴
CN206919041U (zh) * 2017-07-06 2018-01-23 西安昱昌环境科技有限公司 防堵型旋转翼蓄热式燃烧装置
CN206944169U (zh) * 2017-07-15 2018-01-30 新昌县谷泰生物科技有限公司 一种高效工业废物焚烧装置
CN107940477A (zh) * 2017-12-24 2018-04-20 江苏中研宜普科技有限公司 具有两环节能蓄热体的蓄热燃烧装置

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1515385A2 (en) * 2003-07-26 2005-03-16 Rolls-Royce Fuel Cell Systems Limited A Fuel cell pre-reformer for higher Hydrocarbons
WO2012025661A1 (en) * 2010-08-25 2012-03-01 Wärtsilä Finland Oy Method and arrangement to control operating conditions in fuel cell device
CN102130354A (zh) * 2011-01-14 2011-07-20 华南理工大学 一种直接碳固体氧化物燃料电池电源系统
CN103423744A (zh) * 2012-05-15 2013-12-04 广州市增城鑫福五金加工厂 三方向鼓风套筒式节能燃气炉头
CN106104158A (zh) * 2014-03-19 2016-11-09 住友精密工业株式会社 燃烧器及燃料电池系统
CN105552411A (zh) * 2015-12-09 2016-05-04 广东中商国通电子股份有限公司燃料电池研发分公司 氨在sofc电池中的应用及其应用装置
CN106640391A (zh) * 2016-12-14 2017-05-10 苏州千层茧农业科技有限公司 一种发动机扭力提速器
CN107339697A (zh) * 2017-04-21 2017-11-10 宁波方太厨具有限公司 一种燃气灶的喷嘴
CN206919041U (zh) * 2017-07-06 2018-01-23 西安昱昌环境科技有限公司 防堵型旋转翼蓄热式燃烧装置
CN206944169U (zh) * 2017-07-15 2018-01-30 新昌县谷泰生物科技有限公司 一种高效工业废物焚烧装置
CN107940477A (zh) * 2017-12-24 2018-04-20 江苏中研宜普科技有限公司 具有两环节能蓄热体的蓄热燃烧装置

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109742423A (zh) * 2019-01-07 2019-05-10 中氢新能技术有限公司 一种燃料电池系统及燃烧系数的计算和燃烧程度的判断方法
CN114450829A (zh) * 2019-08-14 2022-05-06 新贵电力公司 固体氧化物燃料电池传导
CN111933971A (zh) * 2020-08-13 2020-11-13 华北电力大学（保定） 一种固体氧化物燃料电池混合储能发电系统
CN111933971B (zh) * 2020-08-13 2022-07-05 华北电力大学（保定） 一种固体氧化物燃料电池混合储能发电系统
CN114597442A (zh) * 2020-12-03 2022-06-07 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池快速启动装置及方法
CN114597442B (zh) * 2020-12-03 2023-11-03 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池快速启动装置及方法
CN113851673A (zh) * 2021-09-08 2021-12-28 广东佛燃科技有限公司 一种固体氧化物燃料电池热电联供系统及其运行方法
CN115020761A (zh) * 2022-07-12 2022-09-06 上海齐耀动力技术有限公司 一种固体氧化物燃料电池用尾气燃烧器及其控制方法
CN115020761B (zh) * 2022-07-12 2024-02-23 上海齐耀动力技术有限公司 一种固体氧化物燃料电池用尾气燃烧器及其控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108649245B (zh) 2020-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108649245A (zh) 一种固体氧化物燃料电池的燃烧室及其自动控温的方法
CN108758660A (zh) 一种用于固体氧化物燃料电池系统的尾气燃烧室及方法
CN102183019B (zh) 一种微小型燃烧器
TWI450439B (zh) 應用於高溫燃料電池之多孔性介質燃燒器
CN202056882U (zh) 一种微小型燃烧器
CN110360555A (zh) 一种用于中高温固体燃料电池的燃烧器及其应用
CN113839073B (zh) 一种尾气利用的固体氧化物燃料电池系统
CN110425536A (zh) 一种角型多孔介质燃烧器
CN106299410B (zh) 一种利用残余燃料自加热的固体氧化物燃料电池发电系统
CN113483324B (zh) 尾气燃烧器
CN113023674A (zh) 天然气重整装置和sofc发电系统
CN106247403A (zh) 一种双层壁结构的微型燃气轮机燃烧室
Hong et al. Experimental study of honeycomb regenerator system for oxy-fuel combustion
JP2003045464A (ja) 燃料電池及びその発電方法
CN105509055A (zh) 全天候防风式煤气放散燃烧器
CN201666574U (zh) 一种无点火装置的逆流换热催化燃烧器
JP2021125464A (ja) 燃料電池システム
CN212127506U (zh) 天然气重整装置和sofc发电系统
Li et al. The characteristics of a novel after-burner used for metal-supported planar SOFC system
CN209229723U (zh) 一种应用于微热光电系统的回热型多孔介质燃烧器
JP2000228208A (ja) 燃料電池とガスタービンの複合装置
CN205231181U (zh) 一种燃料电池系统的热管理系统
CN113063144B (zh) 一种用于固体燃料电池的双路燃烧器及其应用
JP3936160B2 (ja) ガスタービン発電装置及びこれに用いる混合ガス燃焼装置
CN105402725A (zh) 一种用于微热光电系统的微型弥散式燃烧装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant