CN111490275B - 一种燃料电池的重整装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池的重整装置，包括内筒体和外筒体，外筒体套设于内筒体外周，且外筒体与内筒体之间形成中间腔室，内筒体上设有重整入口和重整出口，重整入口与重整出口均连通内筒体内腔与外界，重整入口用于向内筒体内通入重整原料，重整出口用于重整气体的排出，外筒体上设有至少一个燃料入口和至少一个燃烧气出口，燃料入口和燃烧气出口均连通中间腔室与外界，燃料入口用于向中间腔室内通入燃烧原料，燃烧气出口用于燃烧气体的排出，内筒体内设有一支撑元件，支撑元件的上端与一离心涡轮转动连接，下端与内筒体的内底面固定连接，且离心涡轮能够围绕支撑元件转动，该燃料电池的重整装置能够节约能源，且自热效果好，重整效率高。

Description

一种燃料电池的重整装置
技术领域
本发明涉及气体重整装置技术领域，具体是涉及一种燃料电池的重整装置。
背景技术
氢燃料电池由于具有与传统发电厂相当的效率，低噪音和高纯度废气等优点，因此对固定式发电厂而言是一项很有前途的技术。尽管固定式燃料电池的终端燃料是氢气，但供给燃料可以是甲烷，天然气，生物气体或合成气。燃料灵活性需要将原始燃料转化为氢气。蒸汽重整是从甲烷气体生产氢气，一氧化碳和其他有用产物的一种方法。与其他甲烷转化相比，蒸汽转化具有高生产效率的优点。生产氢气的最具成本效益和工业化方法之一是通过蒸汽甲烷重整(SMR)，占全球氢气产量的40％以上。
在目前的甲烷制氢研究中，由于甲烷制氢是吸热反应，大多研究采用外部电加热或者火炉加热的方式为重整器提供热量，这种方式需在重整器的外部增设电加热设备或火炉，增加了装置的复杂性，且占用空间较大，同时电加热消耗过多的电能，也增加了成本投入，不利于能源节约。吸放热耦合是一种相对于外部电加热或者火炉加热而言，比较理想的选择，在吸放热耦合方式中，大部分采用内部燃烧，外部重整的结构，然而这种结构往往会导致外部的重整腔内有一定热量损失，进而影响重整过程中燃烧腔对重整气体的加热效果，重整效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃料电池的重整装置，以解决上述现有技术存在的问题，使得该燃料电池的重整装置能够节约能源，且自热效果好，重整效率高。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种燃料电池的重整装置，包括内筒体和外筒体，所述外筒体套设于所述内筒体的外周，且所述外筒体内壁与所述内筒体外壁之间形成中间腔室，所述内筒体上设有重整入口和重整出口，且所述重整入口与所述重整出口均分别连通所述内筒体内腔与外界，所述重整入口用于向所述内筒体内通入重整原料，所述重整出口用于所述内筒体内重整气体的排出，所述外筒体上设有至少一个燃料入口和至少一个燃烧气出口，所述燃料入口和所述燃烧气出口均分别连通所述中间腔室与外界，所述燃料入口用于向所述中间腔室内通入燃烧原料，所述燃烧气出口用于所述中间腔室内燃烧气体的排出，所述内筒体内设有一支撑元件，所述支撑元件的上端与一离心涡轮转动连接，下端与所述内筒体的内底面固定连接，且所述离心涡轮能够围绕所述支撑元件转动。
优选地，所述外筒体上顶面与所述内筒体上顶面平齐并固定为一体，所述内筒体的下底面高于所述外筒体的下底面。
优选地，所述中间腔室内设有阻气板，所述阻气板与所述内筒体的下底面平齐，将所述中间腔室分为燃烧腔与缓冲腔，所述燃烧腔位于所述缓冲腔的上方，且内部用于放置催化剂，所述燃料入口位于所述缓冲腔的侧壁，所述燃烧气出口位于所述燃烧腔的上顶面，所述阻气板上均匀布设有若干个通气孔，所述通气孔能够连通所述燃烧腔与所述缓冲腔，用于气体的流动。
优选地，所述阻气板为环状板，且所述阻气板的内环与所述内筒体的下底面外缘固定为一体，所述阻气板的外边缘延伸至与所述外筒体内壁固定为一体。
优选地，所述燃烧腔的横截面积小于所述内筒体内腔的横截面积。
优选地，所述内筒体内侧壁设有多个外凸的导风槽，多个所述导风槽围绕所述内筒体的中心轴周向设置，且所述导风槽为弧形槽，所述导风槽的下端与所述内筒体的内底面在同一平面上。
优选地，所述导风槽的上端不低于所述离心涡轮的上端。
优选地，所述内筒体的下底面设有若干个重整出口，所述重整出口围绕所述内筒体的中心轴周向设置，且所述重整出口位于所述支撑元件与所述导风槽之间，一个所述导风槽对应设置一个所述重整出口，每个所述重整出口均对应连接有一连通管，所述连通管上端与所述重整出口连通，下端向靠近所述外筒体下底面的方向延伸至伸出所述外筒体，且多个所述连通管的下端均通过一个总管连通，用于重整气体的排出。
优选地，所述重整入口设于所述内筒体的上顶面中部，且所述离心涡轮的进风端位于所述重整入口的正下方。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的燃料电池的重整装置，包括内筒体和外筒体，外筒体套设于内筒体的外周，且外筒体内壁与内筒体外壁之间形成中间腔室，内筒体内腔用于对气体进行重整，中间腔室用于燃料燃烧并在内筒体的周围向内筒体内腔提供热量，实现“内重整，外燃烧”，在通过中间腔室对内筒体内腔加热的同时，可有效防止内筒体内腔的热量直接向外界扩散，供热效果好，重整效率高，且相对于传统的电加热和火炉来说，将加热装置和重整装置整合到一起，整体结构更加紧凑，且燃烧原料可直接用甲烷，更加环保且节约能源；内筒体上设有重整入口和重整出口，且重整入口与重整出口均分别连通内筒体内腔与外界，重整入口用于向内筒体内通入重整原料，重整原料在内筒体内腔充分混合，并进行重整，重整出口用于内筒体内重整气体的排出，即重整之后的气体通过重整出口排出，外筒体上设有至少一个燃料入口和至少一个燃烧气出口，燃料入口和燃烧气出口均分别连通中间腔室与外界，燃料入口用于向中间腔室内通入燃烧原料，燃烧原料在中间腔室中充分混合并进行催化燃烧，放出的热量传递给内筒体内腔，对内筒体内腔进行供热，燃烧气出口用于中间腔室内燃烧气体的排出，内筒体内设有一支撑元件，支撑元件的上端与一离心涡轮转动连接，下端与内筒体的内底面固定连接，且离心涡轮能够围绕支撑元件转动，离心涡轮能够对在重整气流的作用下自动旋转，进而将重整气流驱动至内筒体的内壁，从而提高了重整气流的流动速度以及与内筒体内壁的接触面积，在通过中间腔室对内筒体内进行供热时，重整气流的受热效果好，且重整效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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他的附图。
图1是本发明提供的燃料电池的重整装置的结构示意图；
图2是图1中燃料电池的重整装置的A-A剖视图；
图中：1-内筒体，11-重整入口，12-重整出口，13-连通管，14-总管，2-外筒体，21-燃料入口，22-燃烧气出口，3-阻气板，31-燃烧腔，32-缓冲腔，4-支撑元件，5-离心涡轮，6-导风槽。
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。
本发明的目的是提供一种燃料电池的重整装置，以解决现有重整器浪费能源，且重整效率低的技术问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种燃料电池的重整装置，包括内筒体1和外筒体2，外筒体2套设于内筒体1的外周，且外筒体2内壁与内筒体1外壁之间形成中间腔室，内筒体1内腔用于对气体进行重整，中间腔室用于燃料燃烧并在内筒体1的周围向内筒体1内腔提供热量，实现“内重整，外燃烧”，在通过中间腔室对内筒体1内腔加热的同时，可有效防止内筒体1内腔的热量直接向外界扩散，供热效果好，重整效率高，且相对于传统的电加热与火炉加热来说，将加热装置和重整装置整合到一起，整体结构更加紧凑，且燃烧原料可直接用甲烷，更加环保且节约能源；内筒体1上设有重整入口11和重整出口12，且重整入口11与重整出口12均分别连通内筒体1内腔与外界，重整入口11用于向内筒体1内通入重整原料，重整原料在内筒体1内腔充分混合，并进行重整，重整出口12用于内筒体1内重整气体的排出，即重整之后的气体通过重整出口12排出，外筒体2上设有至少一个燃料入口21和至少一个燃烧气出口22，燃料入口21和燃烧气出口22均分别连通中间腔室与外界，燃料入口21用于向中间腔室内通入燃烧原料，燃烧原料在中间腔室中充分混合并进行催化燃烧，放出的热量传递给内筒体1内腔，对内筒体1内腔进行供热，燃烧气出口22用于中间腔室内燃烧气体的排出，内筒体1内设有一支撑元件4，支撑元件4的上端与一离心涡轮5转动连接，下端与内筒体1的内底面固定连接，且离心涡轮5能够围绕支撑元件4转动，离心涡轮5能够对在重整气流的作用下自动旋转，进而将重整气流驱动至内筒体1的内壁，从而提高了重整气流的流动速度以及与内筒体1内壁的接触面积，在通过中间腔室对内筒体1内进行供热时，重整气流的受热效果好，且重整效率高。
具体地，外筒体2上顶面与内筒体1上顶面平齐并固定为一体，内筒体1的下底面高于外筒体2的下底面，从而使得内筒体1的外周均被燃烧气体包覆，保证加热效果。
中间腔室内设有阻气板3，阻气板3与内筒体1的下底面平齐，将中间腔室分为燃烧腔31与缓冲腔32，燃烧腔31位于缓冲腔32的上方，且内部用于放置催化剂，催化剂用于催化燃烧原料的燃烧，根据实际需要放置即可，燃料入口21位于缓冲腔32的侧壁，更优的，燃料入口21为两个，且沿内筒体1的中心轴对称设置，燃烧气出口22位于燃烧腔31的上顶面，且多个燃烧气出口22在所述外筒体2上顶面围绕所述外筒体2中心轴周向设置，可引导中间腔室内的燃烧气体向燃烧气出口22的方向流动，进而保证燃烧气体对内筒体1内腔的供热，也方便燃烧气体的流出，阻气板3上均匀布设有若干个通气孔，通气孔能够连通燃烧腔31与缓冲腔32，用于气体的流动，燃烧原料通过燃料入口21进入缓冲腔32，并经通气孔进入到燃烧腔31，进行催化燃烧，使得燃烧原料能够均匀的进入燃烧腔31，提高燃烧原料的燃烧效果，保证供热效率。
阻气板3为环状板，且阻气板3的内环与内筒体1的下底面外缘固定为一体，阻气板3的外边缘延伸至与外筒体2内壁固定为一体，能够使得阻气板3稳定地固定在中间腔室内。
燃烧腔31的横截面积小于内筒体1内腔的横截面积，当燃烧腔31的横截面积过大时不利于热量的传递，当内筒体1内腔的横截面积过小时，会加快重整气体的流速，导致重整气体不能完全受热，影响重整效率，且内筒体1的侧壁面积大时，传热面积也相应增大，提高传热效率，因此，在实际生产应用过程中，本领域技术人员可根据实际需要改变燃烧腔31的横截面积、内筒体1内腔的横截面积以及燃烧腔31与内筒体1横截面积之比，以使得重整效率更高。
如图2所示，内筒体1内侧壁设有多个外凸的导风槽6，多个导风槽6围绕内筒体1的中心轴周向设置，且导风槽6为弧形槽，导风槽6的下端与内筒体1的内底面在同一平面上，重整原料通过重整入口11进入到内筒体1内后，离心涡轮5将重整原料向靠近内筒体1内壁的方向甩出，重整原料顺着导风槽6向靠近重整出口12的方向移动，能够保证重整原料的均匀受热，且防止气体在内筒体1的内腔形成涡流，影响气体受热与重整，提高重整效率。
导风槽6的上端不低于离心涡轮5的上端，保证重整原料经离心涡轮5后，能够进入到导风槽6内，最终并经导风槽6进入到重整出口12。
内筒体1的下底面设有若干个重整出口12，重整出口12围绕内筒体1的中心轴周向设置，且重整出口12位于支撑元件4与导风槽6之间，一个导风槽6对应设置一个重整出口12，可以理解为导风槽6与重整出口12之间为递进关系，即重整气体到达导风槽6的最下端侧壁后，向远离导风槽6槽底的方向移动，并从重整出口12排出，每个重整出口12均对应连接有一连通管13，连通管13上端与重整出口12连通，下端向靠近外筒体2下底面的方向延伸至伸出外筒体2，且多个连通管13的下端均通过一个总管14连通，用于重整气体的排出，重整气体从重整出口12进入到连通管13，最终通过经总管14汇总后排出外界，方便为燃料电池提供燃料。
重整入口11设于内筒体1的上顶面中部，且离心涡轮5的进风端位于重整入口11的正下方，方便离心涡轮5对重整入口11通入的重整原料进行离心，重整气体由上向下移动，燃烧气体由下向上移动，从而实现重整气体与燃烧气体的逆向流动，提高受热效果与重整效率。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种燃料电池的重整装置，其特征在于：包括内筒体和外筒体，所述外筒体套设于所述内筒体的外周，且所述外筒体内壁与所述内筒体外壁之间形成中间腔室，所述内筒体上设有重整入口和重整出口，且所述重整入口与所述重整出口均分别连通所述内筒体内腔与外界，所述重整入口用于向所述内筒体内通入重整原料，所述重整出口用于所述内筒体内重整气体的排出，所述外筒体上设有至少一个燃料入口和至少一个燃烧气出口，所述燃料入口和所述燃烧气出口均分别连通所述中间腔室与外界，所述燃料入口用于向所述中间腔室内通入燃烧原料，所述燃烧气出口用于所述中间腔室内燃烧气体的排出，所述内筒体内设有一支撑元件，所述支撑元件的上端与一离心涡轮转动连接，下端与所述内筒体的内底面固定连接，且所述离心涡轮能够围绕所述支撑元件转动；
所述内筒体内侧壁设有多个外凸的导风槽，多个所述导风槽围绕所述内筒体的中心轴周向设置，且所述导风槽为弧形槽，所述导风槽的下端与所述内筒体的内底面在同一平面上；
所述导风槽的上端不低于所述离心涡轮的上端，保证重整原料经所述离心涡轮后，能够进入到所述导风槽内，最终并经所述导风槽进入到所述重整出口。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的重整装置，其特征在于：所述外筒体上顶面与所述内筒体上顶面平齐并固定为一体，所述内筒体的下底面高于所述外筒体的下底面。
3.根据权利要求2所述的燃料电池的重整装置，其特征在于：所述中间腔室内设有阻气板，所述阻气板与所述内筒体的下底面平齐，将所述中间腔室分为燃烧腔与缓冲腔，所述燃烧腔位于所述缓冲腔的上方，且内部用于放置催化剂，所述燃料入口位于所述缓冲腔的侧壁，所述燃烧气出口位于所述燃烧腔的上顶面，所述阻气板上均匀布设有若干个通气孔，所述通气孔能够连通所述燃烧腔与所述缓冲腔，用于气体的流动。
4.根据权利要求3所述的燃料电池的重整装置，其特征在于：所述阻气板为环状板，且所述阻气板的内环与所述内筒体的下底面外缘固定为一体，所述阻气板的外边缘延伸至与所述外筒体内壁固定为一体。
5.根据权利要求3所述的燃料电池的重整装置，其特征在于：所述燃烧腔的横截面积小于所述内筒体内腔的横截面积。
6.根据权利要求1所述的燃料电池的重整装置，其特征在于：所述内筒体的下底面设有若干个重整出口，所述重整出口围绕所述内筒体的中心轴周向设置，且所述重整出口位于所述支撑元件与所述导风槽之间，一个所述导风槽对应设置一个所述重整出口，每个所述重整出口均对应连接有一连通管，所述连通管上端与所述重整出口连通，下端向靠近所述外筒体下底面的方向延伸至伸出所述外筒体，且多个所述连通管的下端均通过一个总管连通，用于重整气体的排出。
7.根据权利要求1所述的燃料电池的重整装置，其特征在于：所述重整入口设于所述内筒体的上顶面中部，且所述离心涡轮的进风端位于所述重整入口的正下方。
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