CN110504465B - 一种具有高温气体换热器的固体氧化物燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了燃料电池技术领域的一种具有高温气体换热器的固体氧化物燃料电池，包括燃料电池组，所述燃料电池组的左侧外壁设置氢气压缩盒，所述燃料电池组的右侧外壁设置气体热换器，所述燃料电池组的右侧外壁靠近顶部设置氧气入口，所述燃料电池组的左侧外壁设置氢气入口，所述燃料电池组的左侧外壁靠近底部设置回流管，所述燃料电池组的底部设置出水口，所述氢气压缩盒的内腔顶部设置氢气控制盒，可以精准的控制氢气的流量，同时多余的氢气会通过回流管重新进入氢气压缩盒和，保证氢气不会浪费使用，节约资源，保证气体热换器受到的震动力小，很好的保护气体热换器的内部结构，降低热换器的震动力，减小噪声。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体为一种具有高温气体换热器的固体氧化物燃料电池。
背景技术
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将碳氢燃料中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的装置，具有转化效率高、无污染、燃料选择性低等优点。SOFC独立发电系统包括电堆和外围系统(BOP)，其工作过程如下：空气经鼓风机输入换热器预热，预热后的空气进入SOFC阴极；氢气或其他重整后的碳氢燃料气经过换热器预热后进入SOFC阳极；阴极中的空气与阳极未反应完成的燃料气进入燃烧室充分燃烧，燃烧后的热烟气进入换热器对冷空气和燃料气进行预热；从换热器中流出的高温烟气仍然具有一定的利用价值，可用于透平机进行二次发电；经过上述过程后的热烟气也可满足家庭供暖和热水的需求热。
但现有的燃料电池在反应催化发电时，现有的燃料电池都是直接通过氢气与氧气排放入电池中，氢气的量难以控制，氢气又难以生产，不能根据发电量来控制氢气流入燃烧电池中的量，造成氢气的浪费，而且现有的热换器在进行高温气体换气时，高温气体在流道中匀速远远的高于外部冷凝管中的液体流速，就会使得高温气体在流道中冲撞，造成流道的震动，引起气体换流器的震动，容易损坏内部结构，造成较大的噪音，为此我们提出一种具有高温气体换热器的固体氧化物燃料电池。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高温气体换热器的固体氧化物燃料电池，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有高温气体换热器的固体氧化物燃料电池，包括燃料电池组，所述燃料电池组的左侧外壁设置氢气压缩盒，所述燃料电池组的右侧外壁设置气体热换器，所述燃料电池组的右侧外壁靠近顶部设置氧气入口，所述燃料电池组的左侧外壁设置氢气入口，所述燃料电池组的左侧外壁靠近底部设置回流管，所述燃料电池组的底部设置出水口，所述氢气压缩盒的顶部设置进料口，所述氢气压缩盒的内腔顶部设置氢气控制盒，所述气体热换器的底部设置降温水管，且降温水管的另一端贯穿至燃料电池组的内腔，且降温水管另一端的排水口延伸至燃料电池组的下方，所述降温水管的外壁设置控制阀。
优选的，所述氢气控制盒内腔设置与氢气入口相匹配的通管，且通管的底部设置氢气控制盘，所述氢气控制盘的底部均匀设置通气孔，所述氢气控制盘的底部设置密封板，所述密封板的左侧通过限位环连接摇杆，且摇杆的顶部贯穿氢气控制盒并延伸至氢气压缩盒的上方，所述密封板的内腔设置挤压板，所述挤压板的底部连接弹簧，且弹簧的底部连接在密封板的内壁，所述密封板的顶部设置密封垫圈。
优选的，所述气体热换器的内腔底部设置与出水口相连的积水槽，所述积水槽的顶部左侧连接热气管，所述热气管的外壁设置有冷凝管，且冷凝管与热气管的连接处设置密封圈，所述冷凝管的相对端面连接减震装置，所述冷凝管靠近气体热换器内壁的左右两侧外壁均设置减震装置，且减震装置连接在气体热换器的内壁。
优选的，所述减震装置包括两组固定座，两组所述固定座的相对端面连接伸缩弹簧，两组所述固定座的另一端通过复位弹簧均连接承接板，所述承接板靠近固定座的一端上下两侧均连接活动块，所述活动块通过滑块活动设置在固定座的上下两侧外壁，且固定座上设置与滑块相匹配的滑槽，两组所述滑块的相对端面连接有连接杆，所述连接杆的外壁连接顶杆，所述顶杆的另一端连接弹性橡胶球，且弹性橡胶球连接在固定座的内壁。
优选的，所述氢气控制盘上通气孔的底部圆边设置倒圆角，且挤压板的顶部设置与通气孔直径相匹配的半圆形凸块，且半圆形凸块的弧度与倒圆角相切。
优选的，一种具有高温气体换热器的固体氧化物燃料电池的操作方法如下步骤：
S1、检查装置各个部件是否可以正常运转，转动摇杆带动密封板转动，通过密封板上的密封垫圈检查摇杆带动密封板转动时，密封垫圈的密封性及是否可以打开氢气控制盘上的通气孔，运转气体热换器，通过热气管中排出的气体热量，检查热气管中的热气是否可以通过冷凝管达到换气降温的效果，同时观察气体热换器的震动情况，检查减震装置运作是否正常；
S2、通过进料口将氢气排入氢气压缩盒中，通过氢气控制盒控制氢气的流出量，根据氢气流出量的大小旋转摇杆，摇杆带动密封板旋转运动，密封板与氢气控制盘错开从而打开氢气控制盘上的通气孔，打开定量的通气孔后停止运转摇杆，氢气通过通气孔与氢气入口流入燃料电池组中，同时将氧气通过氧气入口流入燃料电池组中，氢气与氧气在燃料电池组中反应产生电流，多余的氢气会通过回流管再次回到氢气压缩盒中，产生的水通过出水口流入气体热换器中；
S3、水流入气体热换器中的积水槽中，积水槽中的水蒸气通过热气管排出，热气管中的热气通过冷凝管进行降温，热气管通过冷凝管在降温的过程中产生的噪声与震动力通过减震装置减压降低，震动的力传导至承接板上，承接板将力传至活动块与复位弹簧上，活动块通过滑块带着连接杆在固定座上滑动，连接杆将力传导至顶杆上，顶杆通过力对弹性橡胶球挤压，固定座通过伸缩弹簧降低力的传动；
S4、积水槽中的水经过冷却后通过降温水管流入到燃料电池组中，对燃料电池组进行冷却降温，最后水通过降温水管流出，完成工作后通过摇杆带动密封板转动将氢气控制盘密封，防止氢气的泄露，停止向燃料电池组中输送氧气，当燃料电池组冷却后停止运转气体热换器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过氢气控制盒可以控制氢气的流出量，根据氢气流出量的大小旋转摇杆,摇杆带动密封板旋转运动，密封板与氢气控制盘错开从而打开氢气控制盘上的通气孔，打开定量的通气孔后停止运转摇杆,氢气通过通气孔与氢气入口流入燃料电池组中与氧气反应发电，可以精准的控制氢气的流量，保证氢气与氧气反应后发电量达到要求，同时多余的氢气会通过回流管重新进入氢气压缩盒，保证氢气不会浪费使用，产生的水进入热换器中，热换器中的水经过冷却后通过降温水管流入到燃料电池组中，对燃料电池组进行冷却降温，最后水通过降温水管流出，可以加快燃烧电池组的散热，重复利用水资源，节约资源；
2、通过减震装置可以将通过减震装置可以将冷凝管与热气管冲撞产生的力减震降压，保证气体热换器受到的震动力小，很好的保护气体热换器的内部结构，降低热换器的震动力，减小噪声。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明氢气控制盒内部结构示意图；
图3为本发明密封板结构示意图；
图4为本发明减震装置结构示意图。
图中：1燃料电池组、2氢气压缩盒、3气体热换器、4氧气入口、5氢气入口、6回流管、7减震装置、71固定座、72复位弹簧、73承接板、74活动块、75滑块、76连接杆、77顶杆、78弹性橡胶球、79伸缩弹簧、8进料口、9氢气控制盒、10摇杆、11氢气控制盘、12密封板、13挤压板、14弹簧、15积水槽、16热气管、17冷凝管、18出水口、19降温水管、20限位环、21密封垫圈。
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做出创造性劳动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。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种具有高温气体换热器的固体氧化物燃料电池，包括燃料电池组1，燃料电池组1的左侧外壁设置氢气压缩盒2，燃料电池组1的右侧外壁设置气体热换器3，燃料电池组1的右侧外壁靠近顶部设置氧气入口4，燃料电池组1的左侧外壁设置氢气入口5，燃料电池组1的左侧外壁靠近底部设置回流管6，燃料电池组1的底部设置出水口18，氢气压缩盒2的顶部设置进料口8，氢气压缩盒2的内腔顶部设置氢气控制盒9，气体热换器3的底部设置降温水管19，且降温水管19的另一端贯穿至燃料电池组1的内腔，且降温水管19另一端的排水口延伸至燃料电池组1的下方，降温水管19的外壁设置控制阀。
其中，氢气控制盒9内腔设置与氢气入口5相匹配的通管，且通管的底部设置氢气控制盘11，氢气控制盘11的底部均匀设置通气孔，氢气控制盘11的底部设置密封板12，密封板12的左侧通过限位环20连接摇杆10，摇杆10可以通过限位环20带动密封板12旋转运动，且摇杆10的顶部贯穿氢气控制盒9并延伸至氢气压缩盒2的上方，密封板12的内腔设置挤压板13，挤压板13的底部连接弹簧14，且弹簧14的底部连接在密封板12的内壁，挤压板13可以在密封板12转动时将氢气控制盘11上不需要打开的通气孔密封，保证氢气控制盘11的密封性，密封板12的顶部设置密封垫圈21，通过摇杆10带动密封板12转动可以控制氢气从氢气控制盘11中流出的量，密封垫圈21可以防止氢气通过密封板12与氢气控制盘11的连接处渗入，且通过挤压板13与弹簧14可以方便密封板12转动时与氢气控制盘11的配合；
气体热换器3的内腔底部设置与出水口18相连的积水槽15，积水槽15的顶部左侧连接热气管16，热气管16的外壁设置有冷凝管17，冷凝管17中设置冷凝液，冷凝液可以将热气管16上的热量快速吸收从而降低热气管16上的温度，且冷凝管17与热气管16的连接处设置密封圈，通过密封圈可以防止冷凝液渗出，冷凝管17的相对端面连接减震装置7，减震装置7可以降低热气管16与冷凝管17在震动时的震动力，保护气体热换器3中的内部结构不会损坏，冷凝管17靠近气体热换器3内壁的左右两侧外壁均设置减震装置7，且减震装置7连接在气体热换器3的内壁，通过减震装置7可以实现冷凝管17之间的降压，还可以保证气体热换器3在工作中震动小，噪音小；
减震装置7包括两组固定座71，两组固定座71的相对端面连接伸缩弹簧79，两组固定座71的另一端通过复位弹簧72均连接承接板73，承接板73靠近固定座71的一端上下两侧均连接活动块74，活动块74通过滑块75活动设置在固定座71的上下两侧外壁，且固定座71上设置与滑块75相匹配的滑槽，两组滑块75的相对端面连接有连接杆76，连接杆76的外壁连接顶杆77，顶杆77的另一端连接弹性橡胶球78，且弹性橡胶球78连接在固定座71的内壁，通过减震装置7可以将冷凝管17与热气管16冲撞产生的力减震降压，保证气体热换器3受到的震动力小，很好的保护气体热换器3的内部结构；
氢气控制盘11上通气孔的底部圆边设置倒圆角，且挤压板13的顶部设置与通气孔直径相匹配的半圆形凸块，且半圆形凸块的弧度与倒圆角相切，通过半圆形凸块与通气孔之间的配合，使密封板12转动时，在密封板12上的挤压板13在氢气控制盘11上运动，密封板12错开氢气控制盘11，即半圆形凸块从通气孔中滑出打开通气孔，通气孔打开一定的数量后半圆形凸块将不需要打开的通气孔重新密封，使得氢气的流量控制更加精准；
一种具有高温气体换热器的固体氧化物燃料电池的操作方法如下步骤：
S1、检查装置各个部件是否可以正常运转，转动摇杆10带动密封板12转动，通过密封板12上的密封垫圈21检查摇杆10带动密封板12转动时，密封垫圈21的密封性及是否可以打开氢气控制盘11上的通气孔，运转气体热换器3，通过热气管16中排出的气体热量，检查热气管16中的热气是否可以通过冷凝管17达到换气降温的效果，同时观察气体热换器3的震动情况，检查减震装置7运作是否正常；
S2、通过进料口8将氢气排入氢气压缩盒2中，通过氢气控制盒9控制氢气的流出量，根据氢气流出量的大小旋转摇杆10，摇杆10带动密封板12旋转运动，密封板12与氢气控制盘11错开从而打开氢气控制盘11上的通气孔，打开定量的通气孔后停止运转摇杆10，氢气通过通气孔与氢气入口5流入燃料电池组1中，同时将氧气通过氧气入口4流入燃料电池组1中，氢气与氧气在燃料电池组1中反应产生电流，多余的氢气会通过回流管6再次回到氢气压缩盒2中，产生的水通过出水口18流入气体热换器3中；
S3、水流入气体热换器3中的积水槽15中，积水槽15中的水蒸气通过热气管16排出，热气管16中的热气通过冷凝管17进行降温，热气管16通过冷凝管17在降温的过程中产生的噪声与震动力通过减震装置7减压降低，震动的力传导至承接板73上，承接板73将力传至活动块74与复位弹簧72上，活动块74通过滑块75带着连接杆76在固定座71上滑动，连接杆76将力传导至顶杆77上，顶杆77通过力对弹性橡胶球78挤压，固定座71通过伸缩弹簧79降低力的传动；
S4、积水槽15中的水经过冷却后通过降温水管19流入到燃料电池组1中，对燃料电池组1进行冷却降温，最后水通过降温水管19流出，完成工作后通过摇杆10带动密封板12转动将氢气控制盘11密封，防止氢气的泄露，停止向燃料电池组1中输送氧气，当燃料电池组1冷却后停止运转气体热换器3。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (1)
1.一种具有高温气体换热器的固体氧化物燃料电池，包括燃料电池组(1)，所述燃料电池组(1)的左侧外壁设置氢气压缩盒(2)，所述燃料电池组(1)的右侧外壁设置气体热换器(3)，其特征在于：所述燃料电池组(1)的右侧外壁靠近顶部设置氧气入口(4)，所述燃料电池组(1)的左侧外壁设置氢气入口(5)，所述燃料电池组(1)的左侧外壁靠近底部设置回流管(6)，所述燃料电池组(1)的底部设置出水口(18)，所述氢气压缩盒(2)的顶部设置进料口(8)，所述氢气压缩盒(2)的内腔顶部设置氢气控制盒(9)，所述气体热换器(3)的底部设置降温水管(19)，且降温水管(19)的另一端贯穿至燃料电池组(1)的内腔，且降温水管(19)另一端的排水口延伸至燃料电池组(1)的下方，所述降温水管(19)的外壁设置控制阀；
所述氢气控制盒(9)内腔设置与氢气入口(5)相匹配的通管，通过氢气控制盒（9）控制氢气的流出量，且通管的底部设置氢气控制盘(11)，所述氢气控制盘(11)的底部均匀设置通气孔，所述氢气控制盘(11)的底部设置密封板(12)，所述密封板(12)的左侧通过限位环(20)连接摇杆(10)，且摇杆(10)的顶部贯穿氢气控制盒(9)并延伸至氢气压缩盒(2)的上方，所述密封板(12)的内腔设置挤压板(13)，所述挤压板(13)的底部连接弹簧(14)，且弹簧(14)的底部连接在密封板(12)的内壁，所述密封板(12)的顶部设置密封垫圈(21)；
所述气体热换器(3)的内腔底部设置与出水口(18)相连的积水槽(15)，所述积水槽(15)的顶部左侧连接热气管(16)，所述热气管(16)的外壁设置有冷凝管(17)，且冷凝管(17)与热气管(16)的连接处设置密封圈，所述冷凝管(17)的相对端面连接减震装置(7)，所述冷凝管(17)靠近气体热换器(3)内壁的左右两侧外壁均设置减震装置(7)，且减震装置(7)连接在气体热换器(3)的内壁；
所述减震装置(7)包括两组固定座(71)，两组所述固定座(71)的相对端面连接伸缩弹簧(79)，两组所述固定座(71)的另一端通过复位弹簧(72)均连接承接板(73)，所述承接板(73)靠近固定座(71)的一端上下两侧均连接活动块(74)，所述活动块(74)通过滑块(75)活动设置在固定座(71)的上下两侧外壁，且固定座(71)上设置与滑块(75)相匹配的滑槽，两组所述滑块(75)的相对端面连接有连接杆(76)，所述连接杆(76)的外壁连接顶杆(77)，所述顶杆(77)的另一端连接弹性橡胶球(78)，且弹性橡胶球(78)连接在固定座(71)的内壁；
所述氢气控制盘(11)上通气孔的底部圆边设置倒圆角，且挤压板(13)的顶部设置与通气孔直径相匹配的半圆形凸块，且半圆形凸块的弧度与倒圆角相切。
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2018
- 2018-05-16 CN CN201810470357.4A patent/CN110504465B/zh active Active
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