CN109638315A - 一种火焰辅助燃料电池发电与供热装置 - Google Patents

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王欣
冯永强
王谦
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Abstract

本发明公开了一种火焰辅助燃料电池发电与供热装置，包括依次相连的预混燃装置、富燃燃烧装置和燃料电池发电装置，预混燃装置、富燃燃烧装置和燃料电池发电装置置于贫燃燃烧装置腔体内，在预混燃装置的端部设有混合气体输入管，且输入管穿过贫燃燃烧装置的一个侧端面，在该输入管上设有流量控制器B，在贫燃燃烧装置的外壳上设有径向延伸到富燃燃烧装置腔内的点火装置，在贫燃燃烧装置的外壳靠近点火装置处还均匀设置若干个进气口，进气口上设有流量控制器A；贫燃燃烧装置的另一个侧端面上设有传热管道；燃料电池发电装置连接用电器，本发明能够有效的解决燃料电池末端剩余燃料未充分利用的问题。

Description

一种火焰辅助燃料电池发电与供热装置
技术领域
本发明属于火焰燃烧电池技术领域，尤其涉及一种火焰辅助燃料电池发电与供热装置。
背景技术
传统的火焰燃料电池是将固体氧化物电池与富燃火焰直接接触，火焰为电池同时提供燃料和工作所需温度，而阴极则直接与环境空气相接触。火焰燃料电池与固体氧化物燃料电池相比，结构更简单，体积也更小，可以在更多环境条件下使用。而且富燃燃烧提供热量，无需额外加热装置，从而使火焰燃料电池的启动和停止所需时间更短。但是由于燃料电池直接与火焰接触，会在燃料电池上形成热梯度，并且火焰燃料电池低的发电效率也是迄今面临的挑战。
为了实现更高的燃料利用率，最近提出一种火焰辅助燃料电池。它与传统燃料电池的基本结构相似，不同在于燃料电池的火焰被部分封闭，火焰燃料电池由无室变成了双室结构。但是双室结构意味着通过燃料电池进行电化学反应后，仍然有部分燃料存在，所以在燃料电池末端充分利用这些仍然存在的燃料十分重要。
发明内容
本发明根据现有技术存在的问题与不足，先提供一种火焰辅助燃料电池发电与供热装置，能有效的解决燃料电池末端剩余燃料未充分利用的问题。
本发明所采用的技术方案如下：
一种火焰辅助燃料电池发电与供热装置，包括依次相连的预混燃装置、富燃燃烧装置和燃料电池发电装置，所述预混燃装置、富燃燃烧装置和燃料电池发电装置置于贫燃燃烧装置腔体内，在预混燃装置的端部设有混合气体输入管，且所述输入管穿过贫燃燃烧装置的一个侧端面，在该输入管上设有流量控制器B，在贫燃燃烧装置的外壳上设有径向延伸到富燃燃烧装置腔内的点火装置，在所述贫燃燃烧装置的外壳靠近点火装置处还均匀设置若干个进气口，所述进气口上设有流量控制器A；所述贫燃燃烧装置的另一个侧端面上设有传热管道；燃料电池发电装置连接用电器，实现电能的使用。
进一步，所述燃料电池发电装置是通过若干个串联的微管固体氧化物燃料电池组成，在富燃燃烧装置的侧端面上对应的开有孔，用于安装微管固体氧化物燃料电池；
进一步，所述燃料电池直径为0.5-2mm，有效长度为6-20mm，燃料电池的阴阳极均涂有银膏；
进一步，所述燃料电池阴阳极和用电器或蓄电装置之间由银丝相连
进一步，所述进气口设有4个，均匀设置在贫燃燃烧装置壳体上；
进一步，所述流量控制器B将预混燃装置内的燃料与空气的当量比控制在1.05-1.40之间；
进一步，所述流量控制器A将贫燃燃烧装置内的燃料与空气的当量比控制在0.65-0.9之间；
进一步，所述传热管道外壁包有保温层。
本发明的有益效果：
本发明所提出一种火焰辅助燃料电池发电与供热装置可以充分利用火焰辅助燃料电池末端仍存在的燃料，提高燃料的可利用率。该装置在预混燃装置的入口和贫燃燃烧前端的进气口均设有流量控制器，更好地控制了最终燃烧的当量比。该装置把富燃燃烧与贫燃燃烧相结合，减少了排放产物NOX的量。本装置结构简单，易于制造，安装方便。
附图说明
图1是本发明一种火焰辅助燃料电池发电与供热装置的结构示意图；
图2是本发明一种火焰辅助燃料电池发电与供热装置的剖视图；
图中，1、预混燃装置，2、点火装置，3、流量控制器A，4、进气口，5、燃料电池发电装置，6、贫燃燃烧装置，7、传热管道，8、用电器，9、富燃燃烧装置，10、流量控制器B。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明所提出一种火焰辅助燃料电池发电与供热装置包括依次相连的预混燃装置1、富燃燃烧装置9和燃料电池发电装置5，且预混燃装置1、富燃燃烧装置9和燃料电池发电装置5整体置于贫燃燃烧装置6的腔体内，在预混燃装置1的一个端部设有混合气体输入管，该混合气输入管穿过贫燃燃烧装置6的一个侧端面，在该混合气输入管上设有流量控制器B10，在贫燃燃烧装置6的外壳上设有径向延伸到富燃燃烧装置9腔内的点火装置2，点火装置2的安装位置靠近预混燃装置1的出口处，在贫燃燃烧装置6的外壳上且靠近点火装置2处还均匀设置相互对称分布的4个进气口4，在每个进气口4上设有流量控制器A3；贫燃燃烧装置6的另一个侧端面上设有传热管道7，通过传热管道7实现热量的传递，且在传热管道7的外侧可以包裹保温层，保温层选用石棉网和绝热材料。
如图2所示，燃料电池发电装置5具体是采用了微管固体氧化物燃料电池，通过在富燃燃烧装置9的末端端面上开有9个通孔，将9个微管固体氧化物燃料电池对应的插入这些通孔中，通过耐高温的陶瓷膏将燃料电池固定，通过燃料电池实现富燃燃烧装置9与贫燃燃烧装置6的连通；燃料电池直径为0.5-2mm，有效长度为6-20mm，在燃料电池的阴阳极均涂有银膏，且燃料电池的阴阳两级和用电器或蓄电装置之间通过银丝相连。
为了更清楚的解释本发明的装置，以下结合本发明的工作过程作进一步的解释：
在燃料/空气混合物通入预混燃装置(1)前，先固定所需燃料的量，通过流量控制器B控制进入的空气量，将燃料与空气的当量比控制在1.05-1.40之间，燃料/空气进入预混燃装置1后充分混合，混合物接着进入富燃燃烧室9；并通过点火装置2点燃。燃料/空气混合物在富燃燃烧装置9内充分燃烧。经富燃燃烧装置9燃烧后形成的合成气通过经富燃燃烧装置9侧端面上的孔到达燃料电池的阳极，并且作为燃料电池的燃料，同时让贫燃燃烧装置6顶端的4个进气口4均匀地通入一定量的空气，所通入空气的量通过四个进气口4处的流量控制器A3控制，且把燃料与空气的当量比控制在0.65-0.9之间，空气经富燃燃烧装置9外壁预热后到达燃料电池的阴极一侧，燃料电池经电化学反应产生电量，电量通过银丝供给电器8消耗或者用于蓄电装置存储，实现供电；通过燃料电池后的反应剩余的合成气或者燃料电池反应生成的物质进入贫燃燃烧装置6腔内，且在贫燃燃烧装置6腔内与进气口4通入的空气接触，由于温度很高发生自燃，充分利用了燃料电池末端剩余燃料产生大量的热能，通过传热管道7实现供热。
综上所述，本发明通过贫燃燃烧装置与燃料电池的连接有效地解决了现有技术中燃料电池末端剩余燃料不能充分利用的问题，且本发明在解决该问题的同时能够有效减少了排放产物NOX的量以及同时实现供电、供热。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种火焰辅助燃料电池发电与供热装置，其特征在于，包括依次相连的预混燃装置(1)、富燃燃烧装置(9)和燃料电池发电装置(5)，所述预混燃装置(1)、富燃燃烧装置(9)和燃料电池发电装置(5)置于贫燃燃烧装置(6)腔体内，在预混燃装置(1)的端部设有混合气体输入管，且所述输入管穿过贫燃燃烧装置(6)的一个侧端面，在该输入管上设有流量控制器B(10)，在贫燃燃烧装置(6)的外壳上设有径向延伸到富燃燃烧装置(9)腔内的点火装置(2)，在所述贫燃燃烧装置(6)的外壳靠近点火装置(2)处还均匀设置若干个进气口(4)，所述进气口(4)上设有流量控制器A(3)；所述贫燃燃烧装置(6)的另一个侧端面上设有传热管道(7)；燃料电池发电装置(5)连接用电器。
2.根据权利要求1所述的一种火焰辅助燃料电池发电与供热装置，其特征在于，所述燃料电池发电装置(5)是通过若干个串联的微管固体氧化物燃料电池组成，在富燃燃烧装置(9)的侧端面上对应的开有孔，用于安装微管固体氧化物燃料电池。
3.根据权利要求2所述的一种火焰辅助燃料电池发电与供热装置，其特征在于，所述燃料电池直径为0.5-2mm，有效长度为6-20mm，燃料电池的阴阳极均涂有银膏。
4.根据权利要求3所述的一种火焰辅助燃料电池发电与供热装置，其特征在于，所述燃料电池阴阳极和用电器或蓄电装置之间通过银丝连接。
5.根据权利要求1所述的一种火焰辅助燃料电池发电与供热装置，其特征在于，所述进气口(4)设有4个，均匀设置在贫燃燃烧装置(6)壳体上。
6.根据权利要求1所述的一种火焰辅助燃料电池发电与供热装置，其特征在于，所述流量控制器B(10)将预混燃装置(1)内的燃料与空气的当量比控制在1.05-1.40之间。
7.根据权利要求1所述的一种火焰辅助燃料电池发电与供热装置，其特征在于，所述流量控制器A(3)将贫燃燃烧装置(6)内的燃料与空气的当量比控制在0.65-0.9之间。
8.根据权利要求1所述的一种火焰辅助燃料电池发电与供热装置，其特征在于，所述传热管道(7)外壁包有保温层。
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