CN109935870B - 一种燃料汽化器及燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料汽化器燃料汽化器包括一个换热腔室，平行于在燃料流动的方向设有换热板，将换热腔室分隔为热源腔和汽化腔；汽化腔的两端分别设有液体燃料入口和汽化燃料出口；换热板位于汽化腔内的板表面设有多个凸部；还包括液体燃料腔室和蒸汽腔室，液体燃料腔通过液体燃料入口与汽化腔连通；蒸汽腔室通过汽化燃料出口与汽化腔连通。进料细径减少了燃料在汽化过程中对液体燃料腔的反作用力，降低了对燃料泵泵头的压力；蒸汽腔避免蒸汽死区存在造成碳化，提高燃料利用率，梯形的膨大腔室减小燃料汽化过程的不连续性波动，为燃料电池重整系统提供较为稳定的气流；换热柱，强化了汽化腔内液体燃料吸热汽化效果，减小了汽化器的整体体积。

Description

一种燃料汽化器及燃料电池系统

技术领域

本发明涉及一种燃料汽化器，属于燃料电池技术领域。

背景技术

燃料电池是一类将燃料化学能直接转换为电能的能量转化装置，具有效率高、无污染、噪音低等诸多优势，在动力电源、备用电源及移动电源领域应用前景广阔。氢气是燃料电池的首选燃料，但由于目前氢气储运不便，应用范围受限。而使用液态燃料(甲醇、乙醇等)现场制氢是行之有效的解决办法。

液态燃料(甲醇、乙醇、柴油等)现场制氢一般要先将燃料或燃料与水混合溶液汽化，然后进入重整反应器以制得氢气。燃料汽化过程中体积膨胀近千倍，汽化室设计不当便会导致压力的剧烈波动，导致燃料电池系统工作异常。

发明内容

为了克服现有燃料汽化的局限性，本发明提供一种燃料汽化器，包括一个换热腔室；换热腔室内，平行于在燃料流动的方向设有换热板；换热板将换热腔室分隔为热源腔和汽化腔；换热板位于汽化腔内的板表面设有多个凸部；汽化腔的两端分别设有液体燃料入口和汽化燃料出口；所述燃料汽化器还包括液体燃料腔，所述液体燃料腔通过液体燃料入口与所述汽化腔连通；所述燃料汽化器还包括蒸汽腔，所述蒸汽腔通过汽化燃料出口与所述汽化腔连通。

在燃料电池启动时，燃料汽化器所需的热量可以由电加热提供，在燃料电池运行时，其所需热量由高温燃料电池尾气或催化燃烧尾气提供。

本发明所述热源腔内的热源可以是引入的热流体，在电池运行时，可利用高温燃料电池尾气或催化燃烧尾气作为热源；也可以通过电加热的方式实现，优选在热源腔内置入电加热部件，例如电加热棒。电加热部件优选设置在热源腔的后2/3处。

本发明的蒸汽腔，作为一个梯形的膨大腔室，既可以减小液体燃料汽化过程的不连续性波动，使得蒸汽流更为稳定，进而为燃料电池重整系统提供较为稳定的气流，也可以减少蒸汽死区，避免局部碳化影响燃料利用效率。

作为优选的技术方案，所述液体燃料入口为细径状。更优选液体燃料入口为多个。液体燃料腔和汽化腔之间设有数个细径状的液体燃料入口，用于减少燃料在汽化过程中对液体燃料腔的反作用力。进一步优选地，细径的尺寸为0.2～0.5mm。

作为优选的技术方案，所述细径为直径状。

作为优选的技术方案，所述细径为进口大出口小的水滴状。

作为优选的技术方案，所述蒸汽腔在液体/气体燃料流动的方向上为截面逐渐增大的梯形。本发明蒸汽腔设计为截面逐渐增大的梯形，避免蒸汽死区存在造成的碳化。

作为优选的技术方案，所述凸部为柱块状，具有四边形、圆形、三角形、多边形或不规则形的截面。优选所述多个凸部错位排列。本发明为了强化汽化腔内液体燃料的吸热汽化效果，优选在换热板表面设置柱状块状凸起，凸起可增大换热面积。

作为优选的技术方案，所述凸部为柱条状，在液体/气体燃料流动的方向上，为截面积逐步扩大的蛇形流道隔板。由于液体汽化过程逐步进行的，随着换热汽化的进行，气体体积越来越大，所需的截面积也越来越大，截面积逐步扩大的蛇形流道有利于减少内部阻力。

作为优选的技术方案，所述液体燃料腔与汽化腔之间设有隔热腔。用于隔离汽化腔传过来的热量，避免液体燃料过早汽化对燃料进口处产生压力。

作为优选的技术方案，所述液体燃料腔长度为0.1～10mm；汽化腔的长度为；

本发明另一方面提供一种燃料电池系统，所述系统包括上述的燃料汽化器。

本发明燃料汽化器也可以与其它部件一体化设计，比如重整器等。

本发明的有益效果

1、液体燃料腔和汽化腔之间的进料细径减少了燃料在汽化过程中对液体燃料腔的反作用力，降低了对燃料泵泵头的压力。

2、汽化器最上端的蒸汽腔，为截面逐渐减少的梯形，避免蒸汽死区存在造成碳化，提高燃料利用率。

3、蒸汽腔梯形的膨大腔室减小燃料汽化过程的不连续性波动，为燃料电池重整系统提供较为稳定的气流。

4、汽化腔内设计有提高换热面积的换热柱，强化了汽化腔内液体燃料吸热汽化效果，减小了汽化器的整体体积。

附图说明

本发明附图7幅，

图1本发明液体燃料汽化器整体外形结构，1-1为底座，1-2为上盖；

图2本发明液体燃料汽化器的内部结构；

图3本发明液体燃料汽化器背面图；

图4本发明液体燃料四边形隔档；

图5圆柱形隔档；

图6蛇形流道图；

图7组合隔档图；

图中，1蒸汽腔；2电加热棒的安装孔；3热电偶孔；4汽化腔；5液体燃料腔室；6隔热腔；7细径状液体燃料入口；a进料孔；b出料孔；c安装固定孔；d密封固定孔。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

如图1所示，液体燃料汽化器由底座和上盖组成，底座和上盖之间可由密封线圈、密封垫或者一体焊接来实现密封；如果使用非一体焊接密封方式需在周边留有密封固定孔来提供压紧力；液体燃料腔室5和汽化腔4之间有数个细径状液体燃料入口。液体燃料汽化器整体需按照图示竖直方向放置。

如图2所示，液体燃料汽化器侧面留有数个给其加热的电加热棒的安装孔2；为保证汽化温度，在汽化器侧面可以留有数个测温的热电偶孔3。

如图3所示，a为液体燃料腔室5的进料孔，b为蒸汽腔1室的出料孔；

如图4-7所示，为强化汽化腔4内液体燃料吸热汽化效果，可以在汽化腔4内设计诸如错位排列的四边形(图4)、圆柱形(图5)隔档或者使用截面积逐步扩大的蛇形流道(图6)亦或是几种形状的组合(图7)等。

使用方法：

汽化器由5052铝合金机加工制成，汽化区域的长度在100mm，加热区域长度在70mm。使用时，首先用软管将进料孔a与进料泵连接，出料孔b与重整器或者其它部件连接。然后安装电加热棒和热电偶并将其分别与电源和温控表连接。最后待温控表显示数据稳定后打开进料泵即可实现液体燃料的汽化。实际使用时，汽化热量的来源不限于用电加热，也可以使用燃料燃烧、热传递过来的热量。

Claims (7)

1.一种燃料汽化器，其特征在于，包括一个换热腔室；换热腔室内，平行于在燃料流动的方向设有换热板；换热板将换热腔室分隔为热源腔和汽化腔；汽化腔的两端分别设有液体燃料入口和汽化燃料出口；换热板位于汽化腔内的板表面设有多个凸部；所述燃料汽化器还包括液体燃料腔室和蒸汽腔室，所述液体燃料腔通过液体燃料入口与所述汽化腔连通；所述蒸汽腔室通过汽化燃料出口与所述汽化腔连通；

所述蒸汽腔室在液体/气体燃料流动的方向上为截面逐渐减小的梯形；

所述液体燃料腔室与汽化腔之间设有隔热腔。

2.根据权利要求1所述的燃料汽化器，其特征在于，所述液体燃料入口为细径状。

3.根据权利要求2所述的燃料汽化器，其特征在于，所述细径为直径状。

4.根据权利要求2所述的燃料汽化器，其特征在于，所述细径为进口大出口小的水滴状。

5.根据权利要求1所述的燃料汽化器，其特征在于，所述凸部为柱块状，具有四边形、圆形、三角形、多边形或不规则形的截面。

6.根据权利要求1所述的燃料汽化器，其特征在于，所述凸部为柱条状，在液体/气体燃料流动的方向上，为截面积逐渐扩大的蛇形流道隔板。

7.一种燃料电池系统，所述系统包括权利要求1-6任意一项所述的燃料汽化器。

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