CN114597442B - 一种燃料电池快速启动装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃料电池快速启动装置及方法。本发明装置，包括：空气分配腔、燃料燃烧腔、热量传导腔；空气分配腔包括设置在空气分配腔顶部的空气入口、与空气入口连通的空气分配器、设置在空气分配腔底部的空气分配口；燃料燃烧腔包括内圈腔室和外圈腔室，内圈腔室表面均匀开设有多个燃料切口，外圈腔室上设置有一电加热棒，电加热棒的一侧开设有一燃料入口；热量传导腔内设置有散热装置。本发明技术方案解决了如何能够快速启动燃料电池的技术问题，与电打火相比其点燃更容易，可应用于气化潜热较大的甲醇、乙醇等燃料；与催化燃烧相比其启动能耗小，升温速度快，经济性好。

Description

一种燃料电池快速启动装置及方法

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体而言，尤其涉及一种燃料电池快速启动装置及方法。

背景技术

伴随着燃料电池行业发展日益壮大，随之而带来的问题也日益增多。其中与传统锂电池相比的启动时间问题困扰着燃料电池的广泛应用，如何快速启动成为燃料电池急需解决的一个问题。本发明介绍一种火焰燃烧方式为燃料电池提供热量，用于燃料电池快速启动。与电打火相比其点燃更容易，可应用于气化潜热较大的甲醇、乙醇等燃料；与催化燃烧相比其启动能耗小，升温速度快，经济性好。

发明内容

根据上述提出的如何快速启动燃料电池技术问题，而提供一种燃料电池快速启动装置及方法。

本发明采用的技术手段如下：

一种燃料电池快速启动装置，包括空气分配腔、燃料燃烧腔、热量传导腔；其特征在于，

所述空气分配腔包括设置在空气分配腔顶部的空气入口、与空气入口连通的空气分配器、设置在空气分配腔底部的空气分配口；

所述燃料燃烧腔包括内圈腔室和外圈腔室，内圈腔室表面均匀开设有多个燃料切口，外圈腔室上设置有一电加热棒，电加热棒的一侧开设有一燃料入口；

所述热量传导腔内设置有散热装置。

进一步地，所述空气分配器呈喇叭状，其底部开口的直径大于所述空气入口的直径。

进一步地，所述空气分配口设置在所述空气分配器底部开口处设有的底板上。

进一步地，所述空气分配口由若干圈通孔组成，且若干圈通孔的孔径从外向内逐渐减小。

进一步地，所述若干圈通孔的最外圈通孔的孔径为1mm-10mm；最内圈通孔的孔径为0.5mm-5mm。

进一步地，所述燃料入口为管道式入口，且其中轴线与所述外圈腔室的切线间的夹角θ为0-90°；所述切线为所述燃料入口与所述外圈层相交处的外圈层切线。

进一步地，所述散热装置包括但不限定于翅片。

本发明还提供了一种燃料电池快速启动方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、开启电加热棒，并判断电加热棒的温度是否达到自燃点；

S2、若电加热棒的温度达到自燃点，则通入空气，空气通过空气入口进入空气分配器，经过空气分配口进入燃料燃烧腔；

S3、通入燃料，燃料通过燃料入口进入燃料燃烧腔的外圈腔室，再经过内圈腔室表面上的多个燃料切口进入内圈腔室；

S4、燃料和空气在燃料燃烧腔的内圈腔室发生剧烈反应，燃料被点燃释放大量高温气体，高温气体通过空气携带至热量传导腔；

S5、热量传导腔中的散热装置将高温气体传至燃烧器四周，同时也通过空气将高温气体传导至后端结构中，完成系统热量供给。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的燃料电池快速启动装置，与电打火相比其点燃更容易，可应用于气化潜热较大的甲醇、乙醇等燃料；与催化燃烧相比其启动能耗小，升温速度快，经济性好。

2、本发明提供的燃料电池快速启动装置，其空气分配口由若干圈通孔组成，且若干圈通孔的孔径从外向内逐渐减小，保证绝大多数空气通过外圈的通孔进入燃料燃烧腔，使得绝大部分的空气与燃料接触充分。

基于上述理由本发明可在燃料电池等领域广泛推广。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明装置结构示意图。

图2为本发明燃料燃烧腔结构示意图。

图3为本发明空气分配口结构示意图。

图4为本发明热量传导腔结构示意图。

图5为本发明方法流程图。

图中：1、空气分配腔；1-1、空气入口；1-2、空气分配器；1-3、空气分配口；2、燃料燃烧腔；2-1、内圈腔室；2-2、外圈腔室；2-3、燃料切口；2-4、电加热棒；2-5、燃料入口；3、热量传导腔；3-1、散热装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者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：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种燃料电池快速启动装置，包括空气分配腔1、燃料燃烧腔2、热量传导腔3；其中：

空气分配腔1包括设置在空气分配腔1顶部的空气入口1-1、与空气入口1-1连通的空气分配器1-2、设置在空气分配腔1底部的空气分配口1-3；

如图2所示，燃料燃烧腔2包括内圈腔室2-1和外圈腔室2-2，内圈腔室2-1表面均匀开设有多个燃料切口2-3，外圈腔室2-2上设置有一电加热棒2-4，电加热棒的2-4一侧开设有一燃料入口2-5；高温燃料经过燃料切口2-5进入燃料燃烧腔2中心的内圈腔室2-1，与空气混合，瞬间被点燃从而释放大量高温气体。具体实施时，作为本发明优选的实施方式，燃料入口2-5为管道式入口，且其中轴线与外圈腔室的切线间的夹角θ为0-90°，优选30°；切线为燃料入口2-5与外圈层相交处的外圈层切线。

热量传导腔3内设置有散热装置3-1。

具体实施时，作为本发明的优选实施方式，继续参见图1，空气分配器1-2呈喇叭状，其底部开口的直径大于空气入口1-1的直径。空气分配口1-3设置在空气分配器1-2底部开口处设有的底板上。

具体实施时，作为本发明的优选实施方式，如图3所示，空气分配口由若干圈通孔组成，且若干圈通孔的孔径从外向内逐渐减小。若干圈通孔的最外圈通孔的孔径为1mm-10mm，优选4mm；最内圈通孔的孔径为0.5mm-5mm，优选2mm；空气进入空气分配腔1后，经过空气分配器1-2，再通过空气分配口1-3，空气分配口1-3的中间通孔直径小，依次向外通孔的孔径增大，以保证绝大多数空气通过外圈的空气分配口1-3进入燃料燃烧腔2，从而达到绝大多数空气与燃料接触的目的。

具体实施时，作为本发明的优选实施方式，如图4所示，热量传导腔3内设置的散热装置为翅片，沿热量传导腔3的圆周方向均匀设置有若干个翅片；高温气体经过翅片将热量传至燃烧器四周，同时也通过空气将热量带至后端结构中。需要说明的是本发明中的散热装置不仅仅局限于翅片结构，其他用于散热的装置也可用于本发明燃料电池快速启动装置中。

以甲醇燃料为例，本发明燃料电池快速启动装置，其工作原理如下：

打开电加热棒2-4，当其温度达到550℃(即高于燃料自然点的温度)时，通过燃料入口向燃烧器内喷入甲醇燃料。空气通过空气入口1-1进入空气分配器1-2，再通过空气分配口1-3进入燃料燃烧腔2。高温甲醇和空气在燃料燃烧腔2发生剧烈反应，甲醇被点燃释放大量高温气体，最后高温气体通过空气被携带至热量传导腔3，热量传导腔3内设置的散热装置3-1将高温气体传导至燃烧器四周，同时也通过空气将热量携带至后端结构中，完成系统热量供给。

实施例2

如图5所示，在实施例1的基础上，本发明还提供了一种燃料电池快速启动方法，包括如下步骤：

S1、开启电加热棒，并判断电加热棒的温度是否达到自燃点；

S2、若电加热棒的温度达到自燃点，则通入空气，空气通过空气入口进入空气分配器，经过空气分配口进入燃料燃烧腔；

S3、通入燃料，燃料通过燃料入口进入燃料燃烧腔的外圈腔室，再经过内圈腔室表面上的多个燃料切口进入内圈腔室；

S4、燃料和空气在燃料燃烧腔的内圈腔室发生剧烈反应，燃料被点燃释放大量高温气体，高温气体通过空气携带至热量传导腔；

S5、热量传导腔中的散热装置将高温气体传至燃烧器四周，同时也通过空气将高温气体传导至后端结构中，完成系统热量供给。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种燃料电池快速启动装置，包括空气分配腔、燃料燃烧腔、热量传导腔；其特征在于，

所述空气分配腔包括设置在空气分配腔顶部的空气入口、与空气入口连通的空气分配器、设置在空气分配腔底部的空气分配口；

所述燃料燃烧腔包括内圈腔室和外圈腔室，内圈腔室表面均匀开设有多个燃料切口，外圈腔室上设置有一电加热棒，电加热棒的一侧开设有一燃料入口；

所述热量传导腔内设置有散热装置。

2.根据权利要求1所述的燃料电池快速启动装置，其特征在于，所述空气分配器呈喇叭状，其底部开口的直径大于所述空气入口的直径。

3.根据权利要求1所述的燃料电池快速启动装置，其特征在于，所述空气分配口设置在所述空气分配器底部开口处设有的底板上。

4.根据权利要求3所述的燃料电池快速启动装置，其特征在于，所述空气分配口由若干圈通孔组成，且若干圈通孔的孔径从外向内逐渐减小。

5.根据权利要求4所述的燃料电池快速启动装置，其特征在于，所述若干圈通孔的最外圈通孔的孔径为1mm-10mm；最内圈通孔的孔径为0.5mm-5mm。

6.根据权利要求1所述的燃料电池快速启动装置，其特征在于，所述燃料入口为管道式入口，且其中轴线与所述外圈腔室的切线间的夹角θ为0-90°；所述切线为所述燃料入口与所述外圈腔室相交处的外圈层切线。

7.根据权利要求1所述的燃料电池快速启动装置，其特征在于，所述散热装置包括但不限定于翅片。

8.一种如权利要求1-7任意权利要求所述的燃料电池快速启动方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、开启电加热棒，并判断电加热棒的温度是否达到自燃点；

S2、若电加热棒的温度达到自燃点，则通入空气，空气通过空气入口进入空气分配器，经过空气分配口进入燃料燃烧腔；

S3、通入燃料，燃料通过燃料入口进入燃料燃烧腔的外圈腔室，再经过内圈腔室表面上的多个燃料切口进入内圈腔室；

S4、燃料和空气在燃料燃烧腔的内圈腔室发生剧烈反应，燃料被点燃释放大量高温气体，高温气体通过空气携带至热量传导腔；

S5、热量传导腔中的散热装置将高温气体传至燃烧器四周，同时也通过空气将高温气体传导至后端结构中，完成系统热量供给。