CN115000473A - 一种通用液体燃料重整器系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通用液体燃料重整器系统，包括：依次连接的蒸发器装置和重整器装置，均布置在管状壳体内；管状壳体外部包围有外壳体；管状壳体和外壳体之间的空腔形成混合流动室；蒸发器装置通过环状引入室与混合流动室连通；混合流动室设置有开口；混合气体通过开口进入混合流动室，经轴向转向后到达环状引入室，引入蒸发器装置，与液体燃料蒸汽混合，生成混合蒸汽，经重整器装置转化为富氢重整气。该系统通过简单有效的方式显著缩短了重整器系统中重整过程的启动阶段，可适用于任意移动式燃料电池系统，启动时间短，重整结构简单，使用通用性高。
Description
技术领域
本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域，特别涉及一种通用液体燃料重整器系统。
背景技术
能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础，在国民经济中占有至关重要的地位。在碳中和的时代背景下，氢能源以其清洁、零排放、高热量以及可被大规模生产等优势，成为下一代绿色能源首选的目标之一。现有储氢技术在储氢密度、能耗及相应的基础设施建设等方面存在明显短板，难以满足燃料电池技术商业化发展需求，现场制氢技术显得更为重要。
柴油等液体碳氢化合物制氢和天然气制氢是化石能源制氢技术中的两项技术。其中天然气制氢，由于天然气难于压缩和运输，天然气重整制氢一般适合大规模生产，应用于大型、固定式制氢领域。
同属化石燃料的柴油等液体燃料重整制氢，在移动式燃料电池发电领域中具有更为显著的优势。首先，由于柴油理论质量储氢密度更高，是一种更为理想的制氢原料；其次，作为一种液态燃料，柴油等液体燃料的存储和运输更为高效和便捷，可广泛应用于固定式和移动式燃料电池发电领域；此外，相比于天然气，柴油等液体燃料安全性更好，加之基础设施更为成熟，基于柴油等液体碳氢燃料重整的燃料电池更易于推广使用。
专利申请CN12290064A中，阐述了一种重整制氢的密封空间燃料电池发电系统，柴油进行增压后，通过输油泵连接柴油重整器的喷嘴，进行分散雾化，与氧气及水蒸气的喷嘴分散后混合气混合后发生重整反应，但该专利申请没有详细描述液体燃料气化的具体方法和详细特征。
专利CN102612484B中，提出了一种用于燃料重整器的混合装置、燃料重整器以及用于将碳氢燃料转化为富氢重整气的方法，碳氢燃料通过喷射元件进行汽化与空气/氧气进行均匀混合后进行重整反应。通常，需要将碳氢液体燃料先要进行预热升温，同时需要较高和稳定的压力使碳氢液体燃料喷射雾化均匀。
专利CN105705459B中，提出一种包括气化器的液体燃料重整器和将液体可重整燃料重整的方法，设置了三个热源对液体燃料和氧气进行加热气化自热重整或者蒸汽重整，先将液体燃料雾化后再通过电加热器对其进行气化，该重整器结构复杂，启动过程需要启动第一热源(电加热)，启动过程长，耗电量高。
专利CN112573484B，提出了一种固体氧化物燃料电池尾燃驱动重整装置及其实现方法，利用燃料电池的电池尾气燃烧产生的热量通过换热器将热量传递给液体蒸气(液体金属)，通过液体蒸气循环将热量通过敷设有催化剂的重整换热器，给重整提供热量。重整器装置结构复杂，设置两个结构复杂的换热器；通过液体金属的蒸发和冷凝进行吸热和放热实现热量的传递，启动过程时间长，需要反复循环达到重整工艺温度。
可见，目前现有技术中通常采用喷射方式将碳氢液体燃料喷射雾化后，进行气化与氧化剂混合。同时，针对移动式燃料电池系统，重整器系统启动时间要求比较高，同时启动的过程需要吸热。目前的重整器技术中普遍启动时间长，且重整结构较为复杂，针对燃料电池系统的使用通用性不高。
因此，在现有液体燃料重整器技术的基础上，如何有效缩短重整过程的启动阶段，成为本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出了一种至少解决上述部分技术问题的通用液体燃料重整器系统，通过简单有效的方式显著缩短了重整过程的启动阶段。
本发明实施例提供一种通用液体燃料重整器系统，包括：依次连接的蒸发器装置和重整器装置；
所述蒸发器装置连接有燃料供应管；所述燃料供应管用于将液体燃料运送到所述蒸发器装置内，产生液体燃料蒸汽；
所述蒸发器装置和重整器装置之间的过渡段设置有环状引入室；
所述蒸发器装置和重整器装置均布置在管状壳体内；所述管状壳体外部包围有外壳体；所述管状壳体和外壳体之间的空腔形成混合流动室；所述蒸发器装置通过所述环状引入室与所述混合流动室连通；
所述混合流动室设置有供混合气体进入的开口；
所述混合气体通过所述开口进入所述混合流动室，经轴向转向后到达所述环状引入室，引入所述蒸发器装置，与所述液体燃料蒸汽混合，生成混合蒸汽，经所述重整器装置转化为富氢重整气；
所述混合气体为燃料电池产生的阳极废气和空气的混合物。
进一步地，所述蒸发器装置设置有混合室；所述混合室与所述环状引入室连通；
所述混合室的一侧布置有多孔蒸发器介质；所述多孔蒸发器介质安装在支撑件的一侧上；所述支撑件远离所述多孔蒸发器介质的另一侧设置有电加热器；
所述燃料供应管用于将所述液体燃料运送到所述电加热器中，经所述多孔蒸发器介质，生成液体燃料蒸汽；
所述液体燃料蒸汽与所述混合气体在所述混合室混合，生成混合蒸汽。
进一步地，所述蒸发器装置还设置有第一点火装置；
所述第一点火装置伸入所述混合室内，用于点燃所述混合蒸汽，使所述重整器装置达到预设工作温度；
当所述重整器装置达到所述预设工作温度后，中断所述第一点火装置的液体燃料供应，或者中断通入所述混合气体。
进一步地，所述重整器装置包括：沿所述混合蒸汽流动方向依次设置的火焰稳定器、第一催化装置和第二催化装置；
所述混合蒸汽经过所述火焰稳定器，到达所述第一催化装置发生放热催化反应，到达所述第二催化装置发生吸热催化反应，生成富氢重整气。
进一步地，所述火焰稳定器、第一催化装置和第二催化装置由弹性材料包裹支撑；所述弹性材料设置在所述管状壳体的内壁。从而不会将设备运行期间发生的振动传递给这三个组件。
进一步地，在所述第二催化装置的纵向方向上，所述管状壳体径向包围有保温材料。保证通过开口进入的混合气体不与第二催化装置发生热交换。
进一步地，所述混合流动室设置有第二点火装置，用于点燃所述混合气体，实现从外部加热所述重整器装置；当所述重整器装置达到预设工作温度后，控制所述第二点火装置停止工作或中断输入所述混合气体。
在启动阶段，点燃第二点火装置，燃烧区域产生的热量可以从外部加热重整器装置，或防止在重整开始阶段中产生的热量越来越多地向外传递到混合气体流动室中流动的混合气体中。通过混合气体的燃烧从外部加热重整器装置，使得重整催化剂材料的温度可以显著地升高到重整反应所需的工艺温度。
在正常运行阶段，终止混合流动室中的燃烧，终止点燃第二点火装置，使重整过程中不会产生因为燃烧产生诸如烟灰之类的有害成分。终止燃烧后，在混合流动室内流动的混合气体，从重整器装置外部吸收热量，对重整器装置进行冷却，以防止重整器装置达到的温度超过适宜工作温度。
进一步地，所述混合气体中的空气供应过量，使经过所述第二点火装置燃烧后的所述混合气体与所述液体燃料蒸汽混合后生成的混合蒸汽中，液体燃料蒸汽和空气达到预设的化学计量比。确保混合气体在第二点火装置处燃烧后，仍然存在一定数量的剩余空气/氧气被引入混合室，进而将其引入到重整器装置时满足规定的重整条件。
进一步地，所述重整器装置还包括：温度传感器；
所述温度传感器布置在所述第二催化装置的下游，用于测量所述重整器装置达到的温度。
进一步地，还包括：输送装置；
所述输送装置将燃料电池产生的阳极废气和空气的混合物导入所述开口；
所述阳极废气为所述燃料电池未完全反应的剩余富氢重整气。
本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
本发明实施例提供的一种通用液体燃料重整器系统，包括：依次连接的蒸发器装置和重整器装置，均布置在管状壳体内；管状壳体外部包围有外壳体；管状壳体和外壳体之间的空腔形成混合流动室；蒸发器装置通过环状引入室与混合流动室连通；混合流动室设置有开口；混合气体通过开口进入混合流动室，经轴向转向后到达环状引入室，引入蒸发器装置，与液体燃料蒸汽混合，生成混合蒸汽，经重整器装置转化为富氢重整气。该系统通过简单有效的方式显著缩短了重整器系统中重整过程的启动阶段，可适用于任意移动式燃料电池系统，启动时间短，重整结构简单，使用通用性高。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例提供的通用液体燃料重整器系统结构剖面图；
图2为本发明实施例提供的通用液体燃料重整器系统的气体流动示意图；
图3为本发明实施例提供的通用液体燃料重整器系统启动流程图。
附图中：1-蒸发器装置；2-重整器装置；3-燃料供应管；4-环状引入室；5-管状壳体；6-外壳体；7-混合流动室；8-开口；9-混合室；10-多孔蒸发器介质；11-支撑件；12-电加热器；13-第一点火装置；14-火焰稳定器；15-第一催化装置；16-第二催化装置；17-弹性材料；18-保温材料；19-第二点火装置；20-温度传感器。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供一种通用液体燃料重整器系统，参照图1所示，包括：依次连接的蒸发器装置1和重整器装置2；
蒸发器装置1连接有燃料供应管3；燃料供应管3用于将液体燃料运送到蒸发器装置1内，产生液体燃料蒸汽；
蒸发器装置1和重整器装置2之间的过渡段设置有环状引入室4；
蒸发器装置1和重整器装置2均布置在管状壳体5内；管状壳体5外部包围有外壳体6；管状壳体5和外壳体6之间的空腔形成混合流动室7；蒸发器装置1通过环状引入室4与混合流动室7连通；
混合流动室7设置有供混合气体进入的开口8；
混合气体通过开口8进入混合流动室7，经轴向转向后到达环状引入室4，引入蒸发器装置1，与液体燃料蒸汽混合，生成混合蒸汽，经重整器装置2转化为富氢重整气；
混合气体为燃料电池产生的阳极废气和空气的混合物。
本实施例提供的通用液体燃料重整器系统，可适用于任意移动式燃料电池系统，启动时间短，重整结构简单，使用通用性高。以简单有效的方式显著缩短了重整器系统中重整过程的启动阶段。
具体对本通用液体燃料重整器系统进行详细阐述：
参照图1和图2所示，本实施例提供一种通用液体燃料(碳氢化合物，例如柴油、甲醇等)重整器系统，通过简单的重整器系统构造和操作方法可有效缩短重整过程的启动阶段。供给到燃料电池系统使用，特别是机动车辆中的燃料电池系统。
该重整器系统包括：用于供给液体燃料(例如柴油)的燃料供应管3、用于产生液体燃料蒸气/混合蒸汽的蒸发器装置1，以及用于将液体燃料蒸气和混合气体的混合物(即混合蒸汽)转化为富氢重整气的重整器装置2。
蒸发器装置1和重整器装置2布置在一个共用的管状壳体5内。该管状壳体5可径向延伸，在蒸发器装置1和重整器装置2之间的过渡段中设置环状引入室4。管状壳体5被外壳体6包围，使在管状壳体5和外壳体6之间形成混合流动室7，混合流动室7围绕重整器装置2的区域中。混合气体通过开口8进入，然后沿着重整器装置2和蒸发器装置1的外侧流动，在轴向转向之后到达环状引入室4，由此进入设置在蒸发器装置1内部的混合室9。
混合室9在基座组件的轴向方向上，混合室9的一侧布置有多孔蒸发器介质10。燃料供应管3将液体燃料(碳氢化合物)运送到电加热器12中，经多孔蒸发器介质10，生成液体燃料蒸汽。多孔蒸发器介质10安装在具有绝缘功能的支撑件11上，支撑件11(远离多孔蒸发器介质10的)的另外一侧设置有电加热器12。电加热器12和多孔蒸发器介质10共同作用，生成液体燃料蒸气，液体燃料蒸气在混合室9的方向上蒸发。由此产生的液体燃料蒸气进入混合室9中与引入其中的混合气体混合，然后到达重整器装置2的重整反应区域。在此应指出的是，混合气体在混合室9中形成的混合物(即混合蒸汽)的流动可以通过未进一步示出的混合气体吹送装置或其他输送装置产生，本实施例对其不作限定。
混合室9设置有第一点火装置13，第一点火装置13伸入混合室9中，通过初始启动时点火，对在混合室9中形成的混合物(即混合蒸汽)进行点燃和燃烧。其中，点火过程是为了燃烧产生热量，让重整器装置内升温到工作温度。温度达到一定后，才开始重整催化。升温到工作温度后，终止燃烧。
其中，重整器装置2被混合流动室7所包围，混合气体通过混合流动室7后被引入到蒸发器装置1，重整器装置2和混合蒸汽之间通过流动传递热量。
在重整器装置2中，混合蒸汽首先流过火焰稳定器14(用以在燃烧设备中保持火焰稳定)，然后到达第一催化装置15。在气体流动方向上，第一催化装置15之后布置有第二催化装置16。
温度传感器20布置在第二催化装置16的下游，测量重整反应区的温度。
火焰稳定器14、第一催化装置15和第二催化装置16，由管状壳体5上的弹性材料17所包裹支撑，从而不会将设备运行期间发生的振动传递给这三个组件。具体地，弹性材料17可设置为耐温高温纤维垫等材料。
在第二催化装置16的纵向方向上，管状壳体5(或重整器装置2)被一个管状或壳体状的保温材料18径向包围。进而，在管状壳体5被保温元件包围的区域内，通过开口8进入的混合气体基本上不能与第二催化装置16发生热交换，而只能与在随后的一段范围内的第一催化装置15进行热交换。具体地，保温材料18可设置成陶瓷纤维垫、高铝纤维等耐高温材料。
在混合流动室7的区域中设置有第二点火装置19，第二点火装置19延伸到混合流动室7中，可以点燃其中流动的混合气体并使其燃烧。混合气体流过混合流动室7的区域时，燃烧期间产生的热量可以传递到重整器装置2，从外部加热重整器装置2。当重整器装置2的区域达到合适的工作温度之后，开始重整反应时，燃烧终止。
在重整器系统的启动阶段，与重整器装置2发生热交换的混合气体通过燃烧不会从重整器装置2的反应区域提取热量，相反，重整器装置2中的重整催化剂材料可以通过混合气体的燃烧被加热，使得重整催化剂材料的温度可以显著地升高到重整反应所需的工艺温度，以便进行稳定的重整反应产生富氢重整气。
此外，在两个燃烧过程中均产生了水，该水与其他燃烧气体一起被引入重整器装置2，并通过重整反应转化为氢气，实现自热重整：
其中，自热重整是指柴油、氧气和水一起在催化作用下转化为氢气和CO。
在达到重整工艺温度后，终止混合气体流动室中的燃烧，随后混合流动室7中的混合气体从重整装置吸收热量，对重整反应区域进行冷却，以防止重整反应区域温度升高超过合适的工艺温度。通过这种方式(重整开始后，停止燃烧)有助于减少燃烧烟灰的形成。
将重整器系统集成到燃料电池系统中时，重整器系统产生富氢重整气。该富氢重整气可以与空气送入燃料电池中，从而产生电能。可以将燃料电池的未完全反应的剩余重整气，作为阳极废气通过输送装置(图中未示出)被重新送回重整器，以更好地形成重整气。该剩余重整气通过开口8与空气一起引入混合流动室7，这种空气和阳极废气形成的混合物就是上述提到的混合气体。其中，相对于阳极废气，空气被供给过量，使得液体燃料(碳氢化合物)蒸气和空气引入蒸发器装置1时，“液体燃料蒸汽”和“空气”具有一定的化学计量比。当混合气体通过第二点火装置19在混合气体流动室中燃烧时，燃烧过程中产生的燃烧产物中仍然含有足够的空气或氧气，即，指混合气体燃烧后，剩余的混合气体中仍然含有足够的空气或氧气，以便将其引入重整器装置2时可以以合适的方式进行重整。
在燃料电池系统的启动阶段，即重整器系统的启动阶段，必须确保系统各个区域达到合适的工作温度，尤其对于第一催化装置15和第二催化装置16。其中，在第一催化装置15中发生放热催化反应，在第二催化装置16中基本上发生吸热催化反应。一般而言，需要将重整器装置2的区域内的温度提高到330℃左右，启动阶段可以通过第一点火装置13点燃混合室9中液体燃料(碳氢化合物)蒸气和混合气体来实现。燃烧的高温废气离开混合室9后，分别流过第一催化装置15和第二催化装置16，它们可以迅速地从燃烧废气中吸收热量并达到合适的工作温度。重整器装置2的区域达到合适的工作温度之后，为了开始重整过程，需要将混合室9中的燃烧终止，这可以通过短暂中断液体燃料供应或中断混合气来实现(短暂中断混合气，是为了使燃烧终止，燃烧终止后，继续通入混合气)。然后液体燃料(碳氢化合物)蒸气和空气/氧气的混合物被送入第一催化装置15和第二催化装置16，重整过程开始。重整器装置2中的氢气含量逐渐增加，最后离开重整器系统，送达到燃料电池进行发电。其中，当燃料电池本身在该运行阶段尚未达到运行温度、尚未开始产生电能时，离开燃料电池系统的阳极废气基本上与重整气成分相同。这种残留的重整气或阳极废气通过开口8返回重整器系统，与空气一起引入到混合流动室7中。
在启动阶段，由于第一催化装置15和第二催化装置16的温度相对较低并且远低于最佳工艺温度，因此根据需要，第二点火装置19点火，混合气体被点燃和燃烧，燃烧区域产生的热量可以从外部加热重整器装置2，或防止在重整开始阶段中产生的热量(重整器装置2产生的热量)越来越多地向外传递到混合气体流动室中流动的混合气体中。
通过设置第一点火装置13和第二点火装置19，重整器装置2区域内的温度上升得更快，从而更快地达到最佳工艺温度。
在启动阶段，为了给重整器装置2中的重整过程提供适合的温度条件，不仅需要从外部加热(通过第二点火装置19)，还需要减少混合气体对其冷却或更快地对其加热。就必须确保混合气体在混合流动室7中燃烧后仍然有足够的空气/氧气用于在混合室9中的重整过程的混合物。这意味着在混合流动室7中的燃烧是在空气过量的情况下进行的，可以确保有一定数量的剩余空气或剩余氧气被引入混合室9。
在重整器装置2区域建立了合适的热条件进行稳定的重整反应后，终止混合流动室7中的燃烧，可以通过短暂中断混合气体气流来实现。重整区域达到合适重整反应温度后，就不需要燃烧来提供热量了，没有了燃烧过程，就不会产生因为燃烧而带来的燃烧物质。因此，重整过程不会产生因为燃烧产生的诸如烟灰之类的有害成分。终止第二点火装置19的激励也可将燃烧中止，然后较冷的混合气体流过混合流动室7，带走重整器装置2的区域产生的热量，特别是从第一催化装置15的区域带走热量，从而进行预热后进入混合流动室7。
在正常运行阶段(系统此时已达到合适的工艺温度)，混合气体从混合流动室7以不变的混合比进入混合室9，与燃烧阶段相比，空气的比例或氧气的比例可以降低，从而与蒸发的碳氢化合物燃料(液体燃料蒸汽)一起，进入到混合室9。其中，不变的混合比指混合气体内的气体(包括水蒸气、氧气、N2等的比例)是固定的。
通过本实施例，以简单有效的方式显著缩短了重整器系统中重整过程的启动阶段。在启动阶段和正常运行阶段都对混合气体进行加热，分别通过燃烧和通过从重整器装置2中吸收热量来实现，因此无需将混合气体在引入混合室9之前提供额外的加热装置。
可选地，混合气体的点燃或燃烧不仅仅发生在重整器装置2的区域中的混合流动室7中。相反，通过适当的结构设计，混合气体甚至可以在混合气体流动空间的更上游区域，在被供给到重整器装置2之前被点燃和燃烧，甚至可以在它通过开口8引入之前，本实施例对其不作限定。
参照图3所示，为通用液体燃料重整器系统启动流程图，具体启动过程为：通过第一点火装置，重整器装置的温度会先达到合适的工艺温度，这时候将产生重整气(假定700℃)。产生的重整气(700℃)进入到燃料电池，此时燃料电池的温度(假定500℃)还未达到合适的工艺温度，重整气在燃料电池内部不产生电化学反应，不放出热量，所以燃料电池阳极出口的气体主要还是重整气(温度肯定低于700℃，经过一系列管路热量损失，假设在550℃)。这时候，燃料电池的阳极的气体(主要是重整气)通过入口回到重整器系统中，同时需要加入冷空气混合，温度降低很多，所以需要启动第二点火装置点火，来提升重整器系统内的温度；当燃料电池内的工艺温度达到合适温度时，重整气在燃料电池内部产生电化学反应，放出热量，阳极出口的尾气气体温度可能达到900℃，高温度的气体通过入口回到重整器中，在加入冷空气混合后，进入到重整器的混合温度也很高，满足重整器的工艺温度要求，所以此时可终止对第二点火装置的点火激励。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种通用液体燃料重整器系统，其特征在于，包括：依次连接的蒸发器装置(1)和重整器装置(2)；
所述蒸发器装置(1)连接有燃料供应管(3)；所述燃料供应管(3)用于将液体燃料运送到所述蒸发器装置(1)内，产生液体燃料蒸汽；
所述蒸发器装置(1)和重整器装置(2)之间的过渡段设置有环状引入室(4)；
所述蒸发器装置(1)和重整器装置(2)均布置在管状壳体(5)内；所述管状壳体(5)外部包围有外壳体(6)；所述管状壳体(5)和外壳体(6)之间的空腔形成混合流动室(7)；所述蒸发器装置(1)通过所述环状引入室(4)与所述混合流动室(7)连通；
所述混合流动室(7)设置有供混合气体进入的开口(8)；
所述混合气体通过所述开口(8)进入所述混合流动室(7)，经轴向转向后到达所述环状引入室(4)，引入所述蒸发器装置(1)，与所述液体燃料蒸汽混合，生成混合蒸汽，经所述重整器装置(2)转化为富氢重整气；
所述混合气体为燃料电池产生的阳极废气和空气的混合物。
2.如权利要求1所述的一种通用液体燃料重整器系统，其特征在于，所述蒸发器装置(1)设置有混合室(9)；所述混合室(9)与所述环状引入室(4)连通；
所述混合室(9)的一侧布置有多孔蒸发器介质(10)；所述多孔蒸发器介质(10)安装在支撑件(11)的一侧上；所述支撑件(11)远离所述多孔蒸发器介质(10)的另一侧设置有电加热器(12)；
所述燃料供应管(3)用于将所述液体燃料运送到所述电加热器(12)中，经所述多孔蒸发器介质(10)，生成液体燃料蒸汽；
所述液体燃料蒸汽与所述混合气体在所述混合室(9)混合，生成混合蒸汽。
3.如权利要求2所述的一种通用液体燃料重整器系统，其特征在于，所述蒸发器装置(1)还设置有第一点火装置(13)；
所述第一点火装置(13)伸入所述混合室(9)内，用于点燃所述混合蒸汽，使所述重整器装置(2)达到预设工作温度；
当所述重整器装置(2)达到所述预设工作温度后，中断所述第一点火装置(13)的液体燃料供应，或者中断通入所述混合气体。
4.如权利要求1所述的一种通用液体燃料重整器系统，其特征在于，所述重整器装置(2)包括：沿所述混合蒸汽流动方向依次设置的火焰稳定器(14)、第一催化装置(15)和第二催化装置(16)；
所述混合蒸汽经过所述火焰稳定器(14)，到达所述第一催化装置(15)发生放热催化反应，到达所述第二催化装置(16)发生吸热催化反应，生成富氢重整气。
5.如权利要求4所述的一种通用液体燃料重整器系统，其特征在于，所述火焰稳定器(14)、第一催化装置(15)和第二催化装置(16)由弹性材料(17)包裹支撑；所述弹性材料(17)设置在所述管状壳体(5)的内壁。
6.如权利要求4所述的一种通用液体燃料重整器系统，其特征在于，在所述第二催化装置(16)的纵向方向上，所述管状壳体(5)径向包围有保温材料(18)。
7.如权利要求1所述的一种通用液体燃料重整器系统，其特征在于，所述混合流动室(7)设置有第二点火装置(19)，用于点燃所述混合气体，实现从外部加热所述重整器装置(2)；当所述重整器装置(2)达到预设工作温度后，控制所述第二点火装置(19)停止工作或中断输入所述混合气体。
8.如权利要求4所述的一种通用液体燃料重整器系统，其特征在于，所述重整器装置(2)还包括：温度传感器(20)；
所述温度传感器(20)布置在所述第二催化装置(16)的下游，用于测量所述重整器装置(2)达到的温度。
9.如权利要求1所述的一种通用液体燃料重整器系统，其特征在于，还包括：输送装置；
所述输送装置将燃料电池产生的阳极废气和空气的混合物导入所述开口(8)；
所述阳极废气为所述燃料电池未完全反应的剩余富氢重整气。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080044695A1 (en) * | 2006-06-22 | 2008-02-21 | Andreas Kaupert | Reformer system |
| CN101926036A (zh) * | 2008-01-25 | 2010-12-22 | Sk能源株式会社 | 使用高性能金属纤维燃烧器的甲烷蒸汽重整器以及具有其的氢气站 |
| CN110890572A (zh) * | 2019-11-06 | 2020-03-17 | 华中科技大学 | 一种基于油类燃料的固体氧化物燃料电池发电系统 |
| CN111989809A (zh) * | 2018-02-16 | 2020-11-24 | 飞势生态解决方案有限公司 | 燃料电池系统及用于其操作的方法 |
| CN112573484A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-03-30 | 北京理工大学 | 一种固体氧化物燃料电池尾燃驱动重整装置及其实现方法 |
| CN113184807A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-07-30 | 上海交通大学 | 基于余热利用的纯氧燃烧系统 |
-
2022
- 2022-06-29 CN CN202210759886.2A patent/CN115000473A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080044695A1 (en) * | 2006-06-22 | 2008-02-21 | Andreas Kaupert | Reformer system |
| CN101926036A (zh) * | 2008-01-25 | 2010-12-22 | Sk能源株式会社 | 使用高性能金属纤维燃烧器的甲烷蒸汽重整器以及具有其的氢气站 |
| CN111989809A (zh) * | 2018-02-16 | 2020-11-24 | 飞势生态解决方案有限公司 | 燃料电池系统及用于其操作的方法 |
| CN110890572A (zh) * | 2019-11-06 | 2020-03-17 | 华中科技大学 | 一种基于油类燃料的固体氧化物燃料电池发电系统 |
| CN112573484A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-03-30 | 北京理工大学 | 一种固体氧化物燃料电池尾燃驱动重整装置及其实现方法 |
| CN113184807A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-07-30 | 上海交通大学 | 基于余热利用的纯氧燃烧系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 胡志远: "《车用替代燃料技术及评价》", 同济大学出版社, pages: 137 * |
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