CN207624815U - 应用于燃料电池发电系统或者产氢机的燃烧重组器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种应用于燃料电池发电系统或者产氢机的燃烧重组器，包括相互连接的废热回收器和燃烧重组反应器，废热回收器内的中间隔板将废热回收器内部隔成第一换热区和第二换热区，燃烧重组反应器包括由内到外依次套置的第三换热盘管、催化燃烧腔、重组反应内腔、重组反应外腔和燃烧烟气腔，第三换热盘管与重组反应内腔相连通，重组反应内腔与重组反应外腔相连通，第一换热区通过外部连接管与重组反应外腔连通以使得重组尾气可以给第一换热区提供一级预热；催化燃烧腔与燃烧烟气腔相连通，第二换热区通过外部连接管与燃烧烟气腔连通以使得燃烧尾气可以给第二换热区提供二级预热。本实用新型结构紧凑、热利用率和重组效率高、启动更迅速。

Description

应用于燃料电池发电系统或者产氢机的燃烧重组器

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种以甲醇水作为燃料应用于燃料电池发电系统或者产氢机的燃烧重组器。

背景技术

受自然灾害影响，单纯依赖集中式的电力系统无法确保重要设备的持续稳定运转,除影响日常生活外，更可能因此而危害到生命财产的安全，电池作为备用电力无法长效供电，而且电池回收和环境污染问题仍难以解决。在电力基础建设无法到达的偏远地区及海岛，目前仍以柴油发电为主要电力来源，但其噪音大、污染严重、维护频率高、供电弹性低。太阳能、风力等再生能源发电技术受日照、地域和气候影响较大，目前仍无法进行有效稳定供电。燃料电池发电系统具有高稳定性、低维护、长效运转、低排放的优点，加上可以与多元的再生能源整合来作为当地居民可靠的电力来源，是目前被认为极具发展潜力的发电技术。

燃料电池是一种不经过燃烧过程直接以电化学反应方式将燃料和氧化剂的化学能转变为电能的高效发电装置，其转换效率高，几乎没有污染物排放，以燃料电池为动力的发电系统既可以保护环境又可以解决燃眉之急。然而氢气属于易燃易爆物质，液化压缩难度极高，存储和运输困难。

但问题在于，重组器的工作温度较高，而且反应需要吸收大量的热，通常是利用二次电池或者市电采用电加热将重组器升温至工作温度后，使重组器开始工作，但此方法启动重组器需要耗费额外的电力，而且还存在启动时间较长的问题，所以现在也有通过化学燃烧的方式取代传统的用电能产热，例如一般利用甲醇与空气燃烧释放热量，一方面可以减少电力损耗，另一方面可以缩短启动时间，但是，采用化学燃烧释放的热能来启动重组器对设备的要求较高，一般的设备结构复杂，热利用率较低。如日本公开专利No.2004-31280公开的一种采用一个燃烧器连续加热燃料重组器和变换反应器的装置，当采用加热燃料重组器的燃烧器加热变换反应器时，变换反应器与燃烧器分开定位，需要长时间才能把变换反应器温度升高到工作温度，结构复杂，热效率低下。

实用新型内容

针对上述现有技术的现状，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种制造简单、结构紧凑、热利用率和重组效率高的、启动更迅速的应用于燃料电池发电系统或者产氢机的燃烧重组器。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种应用于燃料电池发电系统或者产氢机的燃烧重组器，包括相互连接的废热回收器和燃烧重组反应器，所述废热回收器内还设有中间隔板，该中间隔板将废热回收器内部隔成第一换热区和第二换热区，所述燃烧重组反应器包括由内到外依次套置的第三换热盘管、催化燃烧腔、重组反应内腔、重组反应外腔和燃烧烟气腔，所述第三换热盘管与重组反应内腔相连通，所述重组反应内腔与重组反应外腔相连通，所述第一换热区通过外部连接管与重组反应外腔连通以使得重组粗氢可以给第一换热区提供一级预热；所述催化燃烧腔与燃烧烟气腔相连通，所述第二换热区通过外部连接管与燃烧烟气腔连通以使得燃烧尾气可以给第二换热区提供二级预热。

作为优选，所述废热回收器内设有第一换热盘管、第二换热盘管和预热直管，所述第一换热盘管与第二换热盘管连通并套置于所述预热直管外部，所述第一换热盘管位于第一换热区内，所述第二换热盘管位于第二换热区内，所述预热直管贯穿第一换热区、第二换热区，所述预热直管通过外部连接管与所述催化燃烧腔连通。

作为优选，所述中间隔板与废热回收器内壁、第一换热盘管外壁、第二换热盘管外壁、预热直管外壁的连接处焊接密封，保证第一换热区、第二换热区相互隔离且密封。

作为优选，所述催化燃烧腔内填充有用于催化燃烧的催化剂。

作为优选，所述预热直管向下延伸连接有空气进口管，该空气进口管上连接有甲醇进口管。

作为优选，所述第二换热区靠近中间隔板处设有燃烧烟气出口管。

作为优选，所述第一换热盘管向外延伸有甲醇水燃料进口，所述第二换热盘管向外延伸有连接外部连接管的出口管，所述第三换热盘管向外延伸有连接外部连接管的进口管。

作为优选，所述重组反应外腔向外设置有连接外部连接管的重组气出口管，所述第一换热区靠近中间隔板处设有重组气进口管，所述第一换热区的底部设有粗氢出口管。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型将重组反应腔分成内腔和外腔，有效的增大了换热面积和换热壳程，催化燃烧腔布置在重组反应内腔内，提高了换热效果。将第三换热盘管布置在催化燃烧腔内，使得甲醇水燃料预热时能够吸收一部分甲醇燃烧产生的热量，不至于使得催化燃烧腔温度过高而烧毁设备，同时又能使催化燃烧腔内温度更均匀。另外，中间隔板将废热回收器隔成第一换热区和第二换热区，使得燃烧尾气可以在第二换热区提供给甲醇水燃料、甲醇空气二级预热，使得重组尾气可以在第一换热区内提供给甲醇水燃料、甲醇空气一级预热。本实用新型采用催化燃烧方式进行供热来启动装置，且结构紧凑合理，到达稳定运行工况时间只需要0.5h，非常迅速；同时采用多级换热模式，实现能量的梯级利用，有效提高了燃烧重组效率和热利用率，多处采用三流体换热模式，减少换热器数量，大大简化了设备结构的复杂性，缩小体积，结构更紧凑。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的剖视图；

如图所示，1废热回收器，1a第一换热盘管，1b预热直管，1c第二换热盘管，1d中间隔板，1e第一换热区，1f第二换热区，2燃烧重组反应器，2a第三换热盘管，2b催化燃烧腔，2c重组反应内腔，2d重组反应外腔，2e燃烧烟气腔，3甲醇进口管，4空气进口管，5甲醇水燃料进口，6出口管，7进口管，8重组气出口管，9重组气进口管，10粗氢出口管，11燃烧烟气出口管，12外部连接管。

具体实施方式

如图1-2所示，一种应用于燃料电池发电系统或者产氢机的燃烧重组器，包括相互连接的废热回收器1和燃烧重组反应器2，废热回收器1内设有第一换热盘管1a、第二换热盘管1c和预热直管1b，第一换热盘管1a与第二换热盘管1c连通并套置于预热直管1b外部，废热回收器1内还设有中间隔板1d，该中间隔板1d将废热回收器1内部隔成第一换热区1e和第二换热区1f，第一换热盘管1a位于第一换热区1e内，第二换热盘1c管位于第二换热区1f内，预热直管1b贯穿第一换热区1e、第二换热区1f，中间隔板1d与废热回收器1内壁、第一换热盘管1a外壁、第二换热盘管1c外壁、预热直管1b外壁的连接处焊接密封，保证第一换热区1e、第二换热区1f相互隔离且密封。

其中燃烧重组反应器2包括由内到外依次套置的第三换热盘管2a、催化燃烧腔2b、重组反应内腔2c、重组反应外腔2d和燃烧烟气腔2e，催化燃烧腔2b与燃烧烟气腔2e相连通，催化燃烧腔2b内填充有用于催化燃烧的催化剂(甲醇催化燃烧催化剂或者H2、CO催化燃烧催化剂)，重组反应内腔2c与重组反应外腔2d相连通，第三换热盘管2a与重组反应内腔2c相连通，预热直管1b通过外部连接管12与催化燃烧腔2b连通，第二换热区1f通过外部连接管12与燃烧烟气腔2e连通，第二换热盘管1c通过外部连接管12与第三换热盘管2a连通，第一换热区1e通过外部连接管12与重组反应外腔2d连通，预热直管1b向下延伸连接有空气进口管4，该空气进口管4上连接有甲醇进口管3，第二换热区1f靠近中间隔板1d处设有燃烧烟气出口管11，第一换热盘管1a向外延伸有甲醇水燃料进口5，第二换热盘管1c向外延伸有连接外部连接管的出口管6，第三换热盘管2a向外延伸有连接外部连接管的进口管7，重组反应外腔2d向外设置有连接外部连接管的重组气出口管8，第一换热区1e靠近中间隔板1d处设有重组气进口管9，第一换热区1e的底部设有粗氢出口管10。

工作时，甲醇从甲醇进口管3进入，空气从空气进口管4进入，混合后进入预热直管1b，通过外部连接管12进入燃烧重组反应器2内部催化燃烧腔2b内，在催化剂的催化作用下甲醇空气开始燃烧，甲醇空气燃烧释放的热量开始给装置预热和升温，剩余的高温燃烧烟气由燃烧烟气腔2e排出，通过外部连接管12进入废热回收器1的第二换热区1f内，与预热直管1b内的甲醇空气进行换热后从燃烧烟气出口管11排出，待催化燃烧腔2b内温度达到500℃时，开始从甲醇水燃料进口5通入总量35％的甲醇水燃料，甲醇水燃料在第二换热区1f内与燃烧释放的高温烟气进行换热升温后通过外部连接管12进入重整反应器2内的第三换热盘管2a，在催化燃烧腔2b再次进行预热和升温后进入重整反应内腔2c和重整反应外腔2d内进行重整反应，其中重整反应所需要吸收的热量由甲醇空气催化燃烧释放的热量提供，反应后产生的高温重整粗氢气体从重组气出口管8通过外部连接管12与重组气进口管9进行密封连接进入废热回收器1的第一换热区1e内，与第一换热盘管1a内的甲醇水燃料、预热直管1b内的甲醇空气进行换热后从粗氢出口管10排出。待第二换热区1f温度达到200℃时，增大甲醇水的用量至预定值，装置稳定运行后，供燃料电池系统或产氢机使用。

以上仅就本实用新型的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本实用新型不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本实用新型独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本实用新型保护范围内。

Claims (8)

1.一种应用于燃料电池发电系统或者产氢机的燃烧重组器，其特征在于：包括相互连接的废热回收器(1)和燃烧重组反应器(2)，所述废热回收器(1)内还设有中间隔板(1d)，该中间隔板(1d)将废热回收器(1)内部隔成第一换热区(1e)和第二换热区(1f)，所述燃烧重组反应器(2)包括由内到外依次套置的第三换热盘管(2a)、催化燃烧腔(2b)、重组反应内腔(2c)、重组反应外腔(2d)和燃烧烟气腔(2e)，所述第三换热盘管(2a)与重组反应内腔(2c)相连通，所述重组反应内腔(2c)与重组反应外腔(2d)相连通，所述第一换热区(1e)通过外部连接管与重组反应外腔(2d)连通以使得重组粗氢可以给第一换热区(1e)提供一级预热；所述催化燃烧腔(2b)与燃烧烟气腔(2e)相连通，所述第二换热区(1f)通过外部连接管与燃烧烟气腔(2e)连通以使得燃烧尾气可以给第二换热区(1f)提供二级预热。

2.根据权利要求1所述的应用于燃料电池发电系统或者产氢机的燃烧重组器，其特征在于：所述废热回收器(1)内设有第一换热盘管(1a)、第二换热盘管(1c)和预热直管(1b)，所述第一换热盘管(1a)与第二换热盘管(1c)连通并套置于所述预热直管(1b)外部，所述第一换热盘管(1a)位于第一换热区(1e) 内，所述第二换热盘管(1c)位于第二换热区(1f)内，所述预热直管(1b)贯穿第一换热区(1e)、第二换热区(1f)，所述预热直管(1b)通过外部连接管与所述催化燃烧腔(2b)连通。

3.根据权利要求2所述的应用于燃料电池发电系统或者产氢机的燃烧重组器，其特征在于，所述中间隔板(1d)与废热回收器(1)内壁、第一换热盘管(1a)外壁、第二换热盘管(1c)外壁、预热直管(1b)外壁的连接处焊接密封。

4.根据权利要求1所述的应用于燃料电池发电系统或者产氢机的燃烧重组器，其特征在于，所述催化燃烧腔(2b)内填充有用于催化燃烧的催化剂。

5.根据权利要求2所述的应用于燃料电池发电系统或者产氢机的燃烧重组器，其特征在于，所述预热直管(1b)向下延伸连接有空气进口管(4)，该空气进口管(4)上连接有甲醇进口管(3)。

6.根据权利要求1所述的应用于燃料电池发电系统或者产氢机的燃烧重组器，其特征在于，所述第二换热区(1f)靠近中间隔板(1d)处设有燃烧烟气出口管(11)。

7.根据权利要求2所述的应用于燃料电池发电系统或者产氢机的燃烧重组器，其特征在于，所述第一换热盘管(1a)向外延伸有甲醇水燃料进口(5)，所述第二换热盘管(1c)向外延伸有连接外部连接管的出口管(6)，所述第三换热盘管(2a)向外延伸有连接外部连接管的进口管(7)。

8.根据权利要求1所述的应用于燃料电池发电系统或者产氢机的燃烧重组器，其特征在于，所述重组反应外腔(2d)向外设置有连接外部连接管的重组气出口管(8)，所述第一换热区(1e)靠近中间隔板(1d)处设有重组气进口管(9)，所述第一换热区(1e)的底部设有粗氢出口管(10)。