CN114284534A - 一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置，在重整室内设有沿轴向贯穿的导热腔，导热腔内用于流通热源介质；重整室内位于导热腔的左右两侧均分布设有多个重整腔，每侧所有重整腔沿重整室的轴向分布；两侧相对的两个重整腔顶部通过通道II连通呈弓型结构，单侧任一重整腔与前相邻的重整腔底部通过通道I连通呈倒弓型结构、与后相邻重整腔相互隔离；重整腔内用于装填重整催化剂进行重整制氢反应，在俯视方向上，燃料沿所有重整腔呈蛇形依次流通；重整室底端设有预热腔，预热腔沿重整室的轴向延伸、且输出端与重整腔连通；预热腔预热燃料并输入向重整腔。本发明提出的重整制氢装置，具有小型化，高效率、高集成等优势，利于实现制氢本地化。
Description
技术领域
本发明涉及重整制氢技术领域，具体涉及一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置。
背景技术
燃料电池作为当下新兴发电装置，具有静音、环保等特征，主要电堆模块的工作为氢气与氧气进行化学反应释放电能的过程，但氢源在生产、储存、运输等具有较大的安全隐患且成本高昂，特别针对小型化、分布式的燃料燃料电池发电系统，氢源的制备及安全防护更显得尤为重要。
由于氢的活跃性及分子特征、在燃料电池的应用中，更多的装置、工程成本偏向于氢源的制备、高压储存、特种运输、安全防护等多方面，进一步影响燃料电池发电系统的商业化应用，使其难以得到泛推广、应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：氢源的储存、运输及防护等具有较大的安全隐患且成本高昂，本发明提供了解决上述问题的一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置，实现燃料电池，特别是小功率分布式燃料电池本地化制氢，随制随用、避免了与空气的直接接触，安全可控，便于根据需求进行制氢量的实时调节，降低燃料电池系统的应用成本，进一步使得其商用化实现可行。
本发明通过下述技术方案实现：
一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置，包括重整室，以重整室轴向两端端面分别为前端面和后端面；重整室内设有沿轴向贯穿的导热腔，导热腔内用于流通热源介质，前端面和后端面设有与导热腔连通的热源介质入口和出口；重整室内位于导热腔的左右两侧均分布设有多个重整腔，且每侧所有重整腔沿重整室的轴向分布；两侧相对的两个重整腔顶部通过通道II连通呈弓型结构，且单侧任一重整腔与前相邻的重整腔底部通过通道I连通呈倒弓型结构、与后相邻重整腔相互隔离；重整腔内用于装填重整催化剂进行重整制氢反应，且在俯视方向上，燃料沿所有重整腔呈蛇形依次流通；重整室底端设有预热腔，所述预热腔沿重整室的轴向延伸、且输出端与重整腔连通；预热腔预热燃料并输入向重整腔。
本发明提出的一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置，具有小型化，高效率、高集成等优势，解决氢氧燃料电池特别是分布式、小型燃料电池的氢气来源问题，制氢过程中氢气与空气完全隔离，解决了燃料电池氢源易燃易爆、存储难、运输难的问题。
进一步优选，还包括盖板；所述重整室的底端面设有预热槽，预热槽沿重整室的轴向延伸；预热槽上覆盖盖板形成的密封腔室作为预热腔。
进一步优选，所述盖板呈L型结构，L型结构的长轴段覆盖预热槽，L型结构的短轴段延伸至导热腔一侧的起始重整腔底端入口处。
进一步优选，还包括封板，所述封板覆盖在重整室的顶端面上，用于密封重整腔；还用于与重整室配合形成热源介质和/或燃料流通的流道。
进一步优选，还包括单侧相邻重整腔通过隔断隔离，且隔断呈倒弓型结构。
进一步优选，所述导热腔内设有翅片。
进一步优选，所述重整室上还设有温探孔，用于安装温度传感器以监测重整室内温度。
进一步优选，所述重整室的前端面设有出氢口，所述出氢口上可拆卸设有塞盖，所述塞盖用于催化剂的更换及阻止催化剂从重整室中溢出。
进一步优选，所述塞盖螺纹连接安装在出氢口端口处。
进一步优选，所述重整室由导热合金材料制成，且导热合金材料有的耐热性、耐腐蚀性特征。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明提出的一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置有效的将燃料的预热与重整腔集成在一起，不再需要单独增加预热热源。
2、本发明提出的一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置具有C字槽弓形结构，可兼容立式或卧式发电系统，从结构设计上减少、甚至避免了可能发生的催化剂水淹现象，结构较规则，加工工艺简易。
3、本发明提出的一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置采用流体热源供热，与常规重整器采用“点火”供热不同，避免了明火燃烧，提升了系统安全性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置装配示意图；其中图(a)表示(b)的右视图，图(c)表示图(b)的左视图。
图2为本发明一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置中盖板结构示意图；其中图(b)是图(a)的右视图。
图3为本发明一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置中封板结构示意图；其中图(b)是图(a)的右视图。
图4为本发明一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置中重整室结构示意图；其中图(a)表示(b)的右视图，图(c)表示图(b)的左视图。
图5为图4(b)的仰视图。
图6为图4(b)的俯视图(去除封板)。
图7为图4(b)的A-A截面结构示意图。
图8为图6的B-B多段截面结构示意图。
图9为本发明一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置中螺纹盖结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-重整室，2-盖板，3-封板，4-塞盖；
101-重整腔，102-导热腔，103-预热腔，104-通道I，105-通道II，106-隔断，107-汽化出口，108-翅片，109-燃料进口，110-出氢口，111-温探孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
本实施例提供了一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置，包括重整室1，如图1和图4所示，重整室1整体外形呈长方体结构，其上设置吊耳。为了便于清楚理解技术方案，本实施例拟定义重整室1轴向两端端面分别为前端面和后端面作为参考基准。
重整室1内设有沿轴向贯穿的导热腔102，重整室1的后端面设置热源介质入口，重整室1的前端面设置热源介质的出口。导热腔102内用于流通热源介质，高温热源介质在导热腔102内流通，通过热传导使得所有重整腔101升温到达所需温度，同时对预热腔103提供热源，为预热腔103内流通的燃料进行预热汽化。
如图6-8所示，重整室1内位于导热腔102的左右两侧均分布设有多个重整腔101，本实施例中在导热腔102两侧均布置六个重整腔101，且两侧的重整腔101镜像对称分布。每侧所有重整腔101沿重整室1的轴向分布；两侧相对的两个重整腔101顶部通过通道II105连通呈弓型结构，且单侧任一重整腔101与前相邻的重整腔101底部通过通道I104连通呈倒弓型结构、与后相邻重整腔101相互隔离。重整腔101内用于装填重整催化剂，可以将燃料进行催化重整成为富氢气体供燃料电池发电；且在俯视方向上，燃料沿所有重整腔101呈蛇形依次流通。这种弓型结构设计，可兼容立式或卧式发电系统，从结构设计上减少、甚至避免了可能发生的催化剂水淹现象，结构较规则，加工工艺简易。
重整室1底端设有预热腔103，预热腔103沿重整室1的轴向延伸、且输出端与重整腔101连通；预热腔103预热燃料并输入向重整腔101，燃料进入预热腔103被预热汽化后再进入重整腔101进行重整制氢反应。
本发明提出重整制氢装置由导热良好的合金材料制成，且合金材料有较好的耐热性、耐腐蚀性等特征。
实施例2
在实施例1的基础上进一步改进，还包括盖板1、封板3、隔断106和温探孔111。重整室1的底端面设有预热槽，预热槽沿重整室1的轴向延伸；预热槽上覆盖盖板1形成的密封腔室作为预热腔103。盖板2呈L型结构，L型结构的长轴段覆盖预热槽，L型结构的短轴段延伸至导热腔102一侧的起始重整腔101底端入口处，如图2和图5所示。
封板3覆盖在重整室1的顶端面上，用于密封重整腔101。封板3还用于与重整室1配合形成热源介质和/或燃料流通的流道；即对于通道II105，可通过重整室1上开设的流体流通的沟槽与封板3配合构成密闭燃料流通通道；对于导热腔102，可通过重整室1上开设的流体流通的沟槽与封板3配合构成密闭热源介质流通通道，如图3和图4所示。
单侧相邻重整腔101通过隔断106隔离，且隔断106呈倒弓型结构；对于导热腔102单侧的需要连通的相邻两个重整室101之间可通过在隔断106上开孔实现导通。
导热腔102内设有翅片，利于增大换热面积、提高换热效率。
重整室1上还设有温探孔111，用于安装温度传感器以监测重整室1内温度；在重整室1的左右两侧壁或至少一侧壁上设置多个温探孔111，单侧所有温探孔111沿重整室1的轴向等间距均匀分布。可采用针型温度传感器监测重整室温度，以便于控制流体热源的变化进一步保障重整室的温度稳定可控。
重整室1的前端面设有出氢口110，出氢口110上可拆卸设有塞盖4，塞盖4用于催化剂的更换及阻止催化剂从重整室中溢出。可通过在出氢口110端口设置内螺纹，塞盖4设置外螺纹，塞盖4通过内螺纹和外螺纹适配可拆卸安装在出氢口110端口处。
本实施例的重整室1、盖板2、封板3均采用耐温高导热的合金材料制成，且合金材料有较好的耐热性、耐腐蚀性等特征，可采用现有的一些耐热、耐腐蚀高导热合金材料制成。
本发明将外部流体热源通入重整室1所设置的导热腔102中，通过热传导使得整个重整室1到达所需的工作温度(重整催化剂的工作温度，如铜基催化剂在220℃左右)。本发明中提出的重整室1设置有燃料预热腔103，可以将通入的燃料进行预热汽化后注入重整腔101。本发明提出的重整室1设置有重整腔101，且重整腔101成C字槽弓形结构，本发明提出的重整室1中装填有催化剂，可以将燃料进行催化重整成为富氢气体供燃料电池发电。
综上所述，本发明提出的一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置，具有小型化，高效率、高集成等优势，解决氢氧燃料电池特别是分布式、小型燃料电池的氢气来源问题，制氢过程中氢气与空气完全隔离，解决了燃料电池氢源易燃易爆、存储难、运输难的问题，同现有常规重整器对比具有一体化程度高，避免了多管道焊接工艺的不可靠性，特别是减少了氢脆的影响；重整气流环路截面大，催化剂粉化后不阻塞，催化效率高，单位体积产气量大，不受限系统布局方式，竖式卧式均适用等优点。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置，包括重整室(1)，其特征在于，以重整室(1)轴向两端端面分别为前端面和后端面；
重整室(1)内设有沿轴向贯穿的导热腔(102)，导热腔(102)内用于流通热源介质；
重整室(1)内位于导热腔(102)的左右两侧均分布设有多个重整腔(101)，且每侧所有重整腔(101)沿重整室(1)的轴向分布；两侧相对的两个重整腔(101)顶部通过通道II(105)连通呈弓型结构，且单侧任一重整腔(101)与前相邻的重整腔(101)底部通过通道I(104)连通呈倒弓型结构、与后相邻重整腔(101)相互隔离；重整腔(101)内用于装填重整催化剂进行重整制氢反应，且在俯视方向上，燃料沿所有重整腔(101)呈蛇形依次流通；
重整室(1)底端设有预热腔(103)，所述预热腔(103)沿重整室(1)的轴向延伸、且输出端与重整腔(101)连通；预热腔(103)预热燃料并输入向重整腔(101)。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置，其特征在于，还包括盖板(1)；所述重整室(1)的底端面设有预热槽，预热槽沿重整室(1)的轴向延伸；预热槽上覆盖盖板(1)形成的密封腔室作为预热腔(103)。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置，其特征在于，所述盖板(2)呈L型结构，L型结构的长轴段覆盖预热槽，L型结构的短轴段延伸至导热腔(102)一侧的起始重整腔(101)底端入口处。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置，其特征在于，还包括封板(3)，所述封板(3)覆盖在重整室(1)的顶端面上，用于密封重整腔(101)；还用于与重整室(1)配合形成热源介质和/或燃料流通的流道。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置，其特征在于，还包括单侧相邻重整腔(101)通过隔断(106)隔离，且隔断(106)呈倒弓型结构。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置，其特征在于，所述导热腔(102)内设有翅片。
7.根据权利要求1所述的一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置，其特征在于，所述重整室(1)上还设有温探孔(111)，用于安装温度传感器以监测重整室(1)内温度。
8.根据权利要求1所述的一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置，其特征在于，所述重整室(1)的前端面设有出氢口(110)，所述出氢口(110)上可拆卸设有塞盖(4)，所述塞盖(4)用于催化剂的更换及阻止催化剂从重整室中溢出。
9.根据权利要求8所述的一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置，其特征在于，所述塞盖(4)螺纹连接安装在出氢口(110)端口处。
10.根据权利要求1所述的一种燃料电池用的弓形槽重整制氢装置，其特征在于，所述重整室(1)由导热合金材料制成，且导热合金材料有的耐热性、耐腐蚀性特征。
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