CN108826356A - 一种燃料电池涡轮复合模拟试验用燃烧室 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池涡轮复合模拟试验用燃烧室，包括前法兰、喷嘴、点火棒、火焰筒、机匣筒、火焰筒法兰、混合器、混合段外筒、混合段内筒和后法兰，所述机匣筒套接在火焰筒外部，一端与火焰筒法兰连接，另一端与前法兰连接；所述火焰筒法兰和所述后法兰将所述混合器轴向固定，所述混合器的径向被所述混合段内筒固定，所述混合段内筒上设有若干通孔；所述混合段外筒套设在混合段内筒外部，并与混合段内筒之间形成环形空腔，所述混合段外筒的一侧设有旁通口。本发明用于进行燃料电池涡轮复合循环系统模拟试验时,提供性质状态参数接近固体燃料电池排气的高温气体。

Description

一种燃料电池涡轮复合模拟试验用燃烧室
技术领域
本发明属于机电技术领域，尤其是涉及一种燃料电池涡轮复合模拟试验用燃烧室。
背景技术
高温燃料电池是国家提倡发展的一种新型能源型式，排放物成分主要有高温水蒸汽和氮气，以及少量氧气、二氧化碳、一氧化碳气体。利用高温废气带动涡轮做功发电，形成燃料电池涡轮复合循环，可以提高系统的效率。
开展燃料电池涡轮复合循环试验研究，是开发燃料电池涡轮复合循环发电装置必不可少的技术途径。但目前高温燃料电池成本高，寿命短，用于搭建燃料电池涡轮复合循环试验系统经济性差。
为了研究燃料电池涡轮复合循环的不同边界条件下的涡轮做功能力、整个系统的运行效率，用热力状态与高温燃料电池的进口空气、出口废气相同的介质来模拟高温燃料电池的运行状态，搭建燃料电池涡轮复合循环模拟试验系统，是一个较好的解决途径。
用常规燃烧室燃烧天然气产生高温气体来模拟燃料电池高温废气状态，其缺点是，燃烧室出口气体组分中二氧化碳较多，氧气较少，与真实情况有差距。如果减少天然气流量，燃烧室出口温度又较低，不满足要求。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种燃料电池涡轮复合模拟试验用燃烧室，用于进行燃料电池涡轮复合循环系统模拟试验时,提供性质状态参数接近固体燃料电池排气的高温气体。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种燃料电池涡轮复合模拟试验用燃烧室，包括前法兰、喷嘴、点火棒、火焰筒、机匣筒、火焰筒法兰、混合器、混合段外筒、混合段内筒和后法兰，所述机匣筒套接在火焰筒外部，一端与火焰筒法兰连接，另一端与前法兰连接；所述火焰筒法兰和所述后法兰将所述混合器轴向固定，所述混合器的径向被所述混合段内筒固定，所述混合段内筒上设有若干通孔；所述混合段外筒套设在混合段内筒外部，并与混合段内筒之间形成环形空腔，所述混合段外筒的一侧设有旁通口；
所述机匣筒上分别固定连接所述喷嘴、所述点火棒的一端，所述点火棒的另一端延伸至所述火焰筒内部，所述喷嘴的另一端固定在所述火焰筒的头部。
进一步的，所述混合器为圆台框架结构，所述圆台框架的锥度范围在10°-20°之间，圆台的外壁上均布若干波瓣，内壁上均布若干连接体，所述连接体的两端分别连接至相邻的两个所述波瓣的中心处，所述波瓣为类三角锥形结构，所述混合器从火焰筒法兰到后法兰沿锥度缩小方向放置。
进一步的，所述前法兰内部设有换热管，所述前法兰一侧上方设有预热器进口，另一侧下方设有预热器出口；所述预热器进口与所述旁通口通过管路连接，之间设有调节阀，所述预热器出口处设有背压阀。
相对于现有技术，本发明所述的燃烧室具有以下优势：
(1)本发明所述的燃料电池涡轮复合循环模拟系统用燃烧室，在火焰筒出口设有混合器，混合器可以将火焰筒出口的高温气体在流场扰动较小的情况下分流，减小了后法兰出口气流的流动损失。
(2)本发明所述的燃料电池涡轮复合循环模拟系统用燃烧室，一部分高温气体通过旁通口进入前法兰的内部空腔，对换热管里面的空气进行加热，可以进一步提高火焰筒的出口温度。
(3)本发明所述的燃料电池涡轮复合循环模拟系统用燃烧室，在预热器进口处设有调节阀，可以调节旁通的气体流量，还可以调节后法兰出口气体组分的作用。
(4)本发明所述的燃料电池涡轮复合循环模拟系统用燃烧室，预热器出口处设有背压阀，可以提高前法兰的内部空腔压力，提高换热效率。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的燃烧室结构的剖面示意图；
图2为本发明实施例所述的混合器的剖面示意图；
图3为本发明实施例所述的混合器的A向示意图；
图4为本发明实施例所述的混合器的B向示意图；
图5为本发明实施例所述的混合段内筒剖面图；
图6为本发明实施例所述的混合段内筒C截面示意图。
附图标记说明：
1-前法兰；2-螺栓；3-喷嘴；4-拉杆；5-点火棒；6-火焰筒；7-机匣筒；8-火焰筒法兰；9-旁通口；10-混合段外筒；11-混合段内筒；12-混合器；121-波瓣；122-连接体；13-后法兰；14-调节阀；15-预热器进口；16-换热管；17-预热器出口；18-背压阀。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种燃料电池涡轮复合模拟试验用燃烧室，如图1至6所示，包括前法兰1、螺栓2、喷嘴3、拉杆4、点火棒5、火焰筒6、机匣筒7、火焰筒法兰8、混合段外筒10、混合段内筒11和后法兰14，
所述机匣筒7套接在火焰筒6外部，一端与火焰筒法兰8连接，另一端与前法兰1连接；所述火焰筒法兰8和所述后法兰13将所述混合器12轴向固定，所述混合器12的径向被所述混合段内筒11固定，所述混合段内筒11的两端分别连接至所述火焰筒法兰8和所述后法兰13；所述混合段内筒11上设有若干通孔；所述火焰筒法兰8和所述后法兰13之间固定安装所述混合段外筒10，所述混合段外筒10套设在混合段内筒11外部，并与混合段内筒11之间形成环形空腔，所述混合段外筒10的一侧设有旁通口9，所述火焰筒6出口的高温气体可以经过所述混合器12分流，并通过所述通孔进入所述旁通口9中；
所述机匣筒7上分别固定连接所述喷嘴3、所述点火棒5的一端，所述点火棒5的另一端延伸至所述火焰筒6内部，所述喷嘴3的另一端固定在所述火焰筒6的头部。
所述混合器12为圆台框架结构，所述圆台框架的锥度范围在10°-20°之间，圆台的外壁上均布若干波瓣121，内壁上均布若干连接体122，所述连接体122的两端分别连接至相邻的两个所述波瓣121的中心处，所述波瓣121为类三角锥形结构，有利于火焰筒6出口的高温气体在所述混合器12中分流，并减少对流入后法兰13的气流的干扰，所述混合器12从火焰筒法兰8到后法兰13沿锥度缩小方向放置，气流在混合器12中可以起到分流的作用。
本实施例所述混合器12入口凸起的最大直径为270mm，圆台框架的出口直径为226mm，所述圆台框架的锥度优选为17°，带有这种尺寸混合段的燃烧室的总的流量范围大致在0-1.5kg/s之间，在该尺寸下，燃烧室结构最优。
所述火焰筒6为瓶状结构，所述火焰筒6尾部设有圆环开口，头部中心处设有圆孔，所述喷嘴3的喷头通过所述圆孔伸入所述火焰筒6内部，所述火焰筒6的内壁上设有若干小孔。
所述前法兰1和所述后法兰13之间通过拉杆4和螺栓2连接，方便装配和检修。
所述前法兰1和所述后法兰13均为双法兰直管，装配方便，同时方便与外界设备连接。
所述混合段内筒上通孔的数量为8个，内径为15mm，有利于导出分流气流均匀性。
所述前法兰内部设有换热管16，空气可以在换热管16内部从左到右流到机匣筒7内；所述前法兰1右侧上方设有预热器进口15，左侧下方设有预热器出口17；所述预热器进口15与所述旁通口9通过管路连接，之间设有调节阀14，调节阀14可以对火焰筒6出口的气流进行分流，并进行分流流量的调节；所述预热器出口17处设有背压阀18，背压阀18可以提高换热管16外部的空气压力，提高换热效率。
空气可以在换热管16的外部与前法兰1内部形成的空腔间隙内，从所述预热器进口15流到所述预热器出口17。
一种燃料电池涡轮复合循环模拟系统用燃烧室的工作原理为：
当燃烧室工作时，压缩空气从前法兰1进入，燃油从喷嘴3的喷头喷入火焰筒6中，点火棒5点火后，燃油在火焰筒6内对空气进行加热；火焰筒6出口的高温气体在混合器12处分流，一部分气体沿后法兰13排出，另外一部分气体经过混合段内筒11的通孔进入所述混合段外筒10与所述混合段内筒11之间形成的环形空腔，之后进入旁通口9，经过调节阀14、预热器进口15，进入前法兰1的内部空腔，对换热管16里面的空气进行加热，之后沿预热器出口17、背压阀18排出。
混合器12可以将火焰筒6出口的高温气体在流场扰动较小的情况下分流，减小了后法兰13出口气流的流动损失。
一部分高温气体通过旁通口9进入前法兰1的内部空腔，对换热管16里面的空气进行加热，可以进一步提高火焰筒6的出口温度。
调节阀14可以调节起到调节进入旁通口9的气体流量，还可以调节后法兰13出口气体组分的作用。
背压阀18可以提高前法兰1的内部空腔压力，提高换热效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种燃料电池涡轮复合模拟试验用燃烧室，其特征在于：包括前法兰(1)、喷嘴(3)、点火棒(5)、火焰筒(6)、机匣筒(7)、火焰筒法兰(8)、混合器(12)、混合段外筒(10)、混合段内筒(11)和后法兰(14)，
所述机匣筒(7)套接在火焰筒(6)外部，一端与火焰筒法兰(8)连接，另一端与前法兰(1)连接；所述火焰筒法兰(8)和所述后法兰(13)将所述混合器(12)轴向固定，所述混合器(12)的径向被所述混合段内筒(11)固定，所述混合段内筒(11)上设有若干通孔；所述混合段外筒(10)套设在混合段内筒(11)外部，并与混合段内筒(11)之间形成环形空腔，所述混合段外筒(10)的一侧设有旁通口(9)；
所述机匣筒(7)上分别固定连接所述喷嘴(3)、所述点火棒(5)的一端，所述点火棒(5)的另一端延伸至所述火焰筒(6)内部，所述喷嘴(3)的另一端固定在所述火焰筒(6)的头部。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池涡轮复合模拟试验用燃烧室，其特征在于：所述混合器(12)为圆台框架结构，所述圆台框架的锥度范围在10°-20°之间，圆台的外壁上均布若干波瓣(121)，内壁上均布若干连接体(122)，所述连接体(122)的两端分别连接至相邻的两个所述波瓣(121)的中心处，所述波瓣(121)为类三角锥形结构，所述混合器(12)从火焰筒法兰(8)到后法兰(13)沿锥度缩小方向放置。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池涡轮复合模拟试验用燃烧室，其特征在于：所述前法兰内部设有换热管(16)，所述前法兰(1)一侧上方设有预热器进口(15)，另一侧下方设有预热器出口(17)；所述预热器进口(15)与所述旁通口(9)通过管路连接，之间设有调节阀(14)，所述预热器出口(17)处设有背压阀(18)。
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