CN117039072B - 一种用于固体氧化物燃料电池系统的脱硫器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用于固体氧化物燃料电池系统的脱硫器，属于燃料电池技术领域；其技术方案要点是：包括罐体、脱硫剂层、分流装置和均压装置；本发明上设有分流装置和均压装置，分流装置首先对燃料进行分流，从而使燃料均匀的流向脱硫剂层的前半层，当燃料通过脱硫剂层后，在圆形通孔网板的作用下，由于圆形通孔网板中间通孔的直径较小，阻力较大，从而使燃料更倾向于向四周扩散，进而使得燃料能均匀流过后半段脱硫剂层，故在此过程中，燃料均匀的从脱硫剂层中流过；故本发明使得燃料脱硫效果达到脱硫的目标需求的同时，并无要求脱硫器具备一定的高径比，即减少了脱硫器的空间。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种用于固体氧化物燃料电池系统的脱硫器。
背景技术
固体氧化物燃料电池（SOFC)具有燃料适应性广、能量转化率高、全固态、模块化组装、零污染等优点，可以直接使用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气及生物质能等多种碳氢燃料。在大型集中供电、中型分电和小型家用热电联供等民用领域作为固定电站，以及作为船舶动力电源、交通车辆动力电源等移动电源，都有广阔的应用前景。
当固体氧化物燃料电池（SOFC)的燃料采用天然气时，由于镍基催化剂因其价格低廉和可与贵金属相媲美的高活性等优势广泛应用于甲烷重整过程，但由于燃料城市天然气中不可避免地存在H2S及四氢噻吩等含硫物质，会使得天然气在重整过程中会发生镍基催化剂中毒；有研究表明，在H2S存在的条件下，催化剂的硫中毒主要是由于H2S直接与活性组分相互作用，占据活性位点导致失活；该过程包括硫化物的吸附以及金属硫化物的形成。
由于超痕量的含硫物质就会造成SOFC电堆和重整器内镍基催化剂硫中毒，因此在系统燃料入口端会对燃料进行常温脱硫；目前市场上的脱硫剂在使用过程中会要求一定的高径比，意味着需要占据相当大的空间，并且限制系统的布置灵活性，即系统本身对燃料的流速和脱硫器的尺寸有一定的限制，通常情况下会因为无法提供足够的高径比空间而使得脱硫效果达不到脱硫的目标需求，从而造成重整催化剂和电堆硫中毒进而减少重整催化剂和电堆的寿命。
发明内容
本发明的目的是一种用于固体氧化物燃料电池系统的脱硫器，以解决背景技术提出的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括罐体、脱硫剂层、固接于罐体内底部的分流装置和固接于所述罐体顶部的均压装置，所述罐体的内底部连通进气管，所述罐体的内顶部连通出气管，所述进气管的管口对准所述分流装置，所述脱硫剂层通过隔板安装于所述罐体的内部，所述均压装置为圆形通孔网板，所述圆形通孔网板中的通孔孔径从中心向四周逐渐增大，每层所述通孔的直径相同且每层所述通孔环绕所述圆形通孔网板的中心线呈圆周阵列分布，所述出气管的管口对准所述圆形通孔网板的中心通孔。
进一步，所述圆形通孔网板的底部还设有倒锥块，所述倒锥块上设有与所述圆形通孔网板的通孔对齐的出气孔。
进一步，所述隔板上还设有滤网。
进一步，位于所述圆形通孔网板外层的通孔之间设有辅助孔。
进一步，所述分流装置与所述隔板之间设有与所述均压装置结构相同的分压装置。
进一步，所述分流装置包括与所述罐体底部固接的固定环、固接于所述固定环顶部的若干片螺旋状扇叶和固接于所述螺旋状扇叶顶部的减压盘，所述减压盘上设有减压孔，所述进气管的管口对准所述减压盘底部且所述进气管的管口与所述固定环的内孔对齐。
进一步，若干片的所述螺旋状扇叶环绕所述减压盘的中心线呈圆周阵列分布。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明上设有分流装置和均压装置，当燃料从进气管进入到罐体内部时，分流装置将对燃料进行分流，从而使燃料均匀的流向脱硫剂层的前半层，当燃料通过脱硫剂层后，在圆形通孔网板的作用下，使燃料更倾向于向四周扩散，进而使得燃料能均匀流过后半段脱硫剂层，故在此过程中，故在此过程中，燃料均匀的从脱硫剂层中流过；故本发明使得燃料脱硫效果达到脱硫的目标需求的同时，并无要求脱硫器具备一定的高径比，即减少了脱硫器的空间，提高了系统的布置灵活性的同时减少了重整催化剂和电堆硫中毒，进而提高了重整催化剂和电堆的寿命。
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为本发明的完整结构示意图；
图2为本发明的分流装置结构示意图；
图3为本发明的均压装置结构示意图；
图4为本发明未设有倒锥块和辅助孔的均压装置结构示意图。
其中：1、罐体；11、脱硫剂层；12、隔板；13、分压装置；2、均压装置；21、圆形通孔网板；22、倒锥块；23、出气孔；24、辅助孔；3、分流装置；31、固定环；32、螺旋状扇叶；33、减压盘；34、减压孔；4、进气管；5、出气管。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
实施例：请参考图1-3，一种用于固体氧化物燃料电池系统的脱硫器，包括罐体1、脱硫剂层11、固接于罐体1内底部的分流装置3和固接于罐体1顶部的均压装置2，罐体1的内底部连通进气管4，当燃料从进气管4进入到罐体1内部时，分流装置3将对燃料进行分流，从而使燃料均匀的流向脱硫剂层11的前半层，而罐体1的内顶部连通出气管5，进气管4的管口对准分流装置3，脱硫剂层11通过隔板安装于罐体1的内部，均压装置2为圆形通孔网板21，圆形通孔网板21中的通孔孔径从中心向四周逐渐增大，当燃料通过脱硫剂层11后，在圆形通孔网板21的作用下，由于圆形通孔网板21中间通孔的直径较小，从而使燃料更倾向于向四周扩散，进而使得燃料能均匀流过后半段脱硫剂层，故在此过程中，即消除了脱硫剂内腔过粗而脱硫器出口过细造成的气体更容易从脱硫剂中心通过的问题；其中，每层通孔的直径相同且每层通孔环绕圆形通孔网板21的中心线呈圆周阵列分布，出气管5的管口对准圆形通孔网板21的中心通孔，使得燃料在同一圆周范围内具有相同的流阻，即使燃料均匀的从圆形通孔网板21中流出；故在上述过程中，燃料可均匀的从脱硫剂层11中流过，使得脱硫剂层11中各个范围内的脱硫剂具有相同的脱硫效果，防止了燃料未均匀流过脱硫剂时，导致局部位置的脱硫剂的脱硫效果过低而导致整体的脱硫效果不好的问题；故本发明使得燃料脱硫效果达到脱硫的目标需求的同时，并未要求脱硫器具备一定的高径比，即减少了脱硫器的空间，提高了系统的布置灵活性的同时减少了重整催化剂和电堆硫中毒，进而提高了重整催化剂和电堆的寿命。
在本发明中，圆形通孔网板21的底部还设有倒锥块22，倒锥块22上设有与圆形通孔网板21的通孔对齐的出气孔23，使得中部过快的气流能进一步的分散到四周；而隔板12上还设有滤网，可进一步防止脱硫剂随着气流从出气管5跑出，进而影响下一步的重整反应；此外，位于圆形通孔网板21外层的通孔之间设有辅助孔24，进一步减少了外圈的流阻。
在本发明中，分流装置3包括与罐体1底部固接的固定环31、固接于固定环31顶部的若干片螺旋状扇叶32和固接于扇叶顶部的减压盘33，减压盘33上设有减压孔34，进气管4的管口对准减压盘33底部且进气管4的管口与固定环31的内孔对齐；当高速束燃料气流从进气管4喷射进来时，高速束燃料气流将直接喷向减压盘33的底部，从而向四周散开，并在螺旋状扇叶32的引导下向四周扩散，使得流向脱硫器的高速束燃料气流均匀的流向脱硫剂层11的底部；若干片的扇叶环绕减压盘33的中心线呈圆周阵列分布，使高速束燃料气流能够均匀的向四周散开，减压孔34使脱硫剂层11的中部有一定压力的燃料气流，通过调节减压孔34的数量和直径大小，来使流入脱硫剂层11的中部与外圈脱硫剂层11的燃料气流压力大小一致；进而使燃料均匀的流入脱硫剂层11中；此外，分流装置3与隔板12之间设有与均压装置2结构相同的分压装置13，该分压装置13的倒锥块22与减压孔34的数量和直径大小配合，可进一步对燃料气体的的分流进行调控。
工作原理
当高速束燃料气流从进气管4流入时，高速束燃料气流将冲向减压盘33底部，一部分从螺旋状扇叶32之间的间隙中流向四周，一部分从减压孔34流向分压装置13的倒锥块22中，从而使高速束燃料气流均匀的流入脱硫剂层11的下部，由于顶部安装有带倒锥块22的圆形通孔网板21，从而使燃料更倾向于向四周扩散，进而使得分流后的高速束燃料气流均匀的流入脱硫剂层11的上部，最终使进入脱硫器中的高速束燃料气流均匀的从脱硫剂层11中流过，故本发明使得燃料脱硫效果达到脱硫的目标需求的同时，并无要求脱硫器具备一定的高径比，即减少了脱硫器的空间，提高了系统的布置灵活性的同时减少了重整催化剂和电堆硫中毒，进而提高了重整催化剂和电堆的寿命。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”以及类似的表述只是为了说明的目的。
Claims (6)
1.一种用于固体氧化物燃料电池系统的脱硫器，其特征在于：包括罐体(1)、脱硫剂层(11)、固接于罐体(1)内底部的分流装置(3)和固接于所述罐体(1)顶部的均压装置(2)，所述罐体(1)的内底部连通进气管(4)，所述罐体(1)的内顶部连通出气管(5)，所述进气管(4)的管口对准所述分流装置(3)，所述脱硫剂层(11)通过隔板(12)安装于所述罐体(1)的内部，所述均压装置(2)为圆形通孔网板(21)，所述圆形通孔网板(21)中的通孔孔径从中心向四周逐渐增大，每层所述通孔的直径相同且每层所述通孔环绕所述圆形通孔网板(21)的中心线呈圆周阵列分布，所述出气管(5)的管口对准所述圆形通孔网板(21)的中心通孔；所述分流装置(3)包括与所述罐体(1)底部固接的固定环(31)、固接于所述固定环(31)顶部的若干片螺旋状扇叶(32)和固接于所述螺旋状扇叶(32)顶部的减压盘(33)，所述减压盘(33)上设有减压孔(34)，所述进气管(4)的管口对准所述减压盘(33)底部且所述进气管(4)的管口与所述固定环(31)的内孔对齐。
2.根据权利要求1所述的用于固体氧化物燃料电池系统的脱硫器，其特征在于：所述圆形通孔网板(21)的底部还设有倒锥块(22)，所述倒锥块(22)上设有与所述圆形通孔网板(21)的通孔对齐的出气孔(23)。
3.根据权利要求1所述的用于固体氧化物燃料电池系统的脱硫器，其特征在于：所述隔板(12)上还设有滤网。
4.根据权利要求1所述的用于固体氧化物燃料电池系统的脱硫器，其特征在于：位于所述圆形通孔网板(21)外层的通孔之间设有辅助孔(24)。
5.根据权利要求1所述的用于固体氧化物燃料电池系统的脱硫器，其特征在于：所述分流装置(3)与所述隔板(12)之间设有与所述均压装置(2)结构相同的分压装置(13)。
6.根据权利要求1所述的用于固体氧化物燃料电池系统的脱硫器，其特征在于：若干片的所述螺旋状扇叶(32)环绕所述减压盘(33)的中心线呈圆周阵列分布。
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