CN211320223U - 固体氧化物燃料电池的加湿系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种固体氧化物燃料电池的加湿系统，包括壳体、设置于壳体下侧且供混合气体通入的入气口以及设置于壳体上侧且将加湿之后的混合气体输出的出气口，还包括设置于入气口位置且用于对混合气体加热的第一加热装置、用于提供液态水的储水装置、设置于壳体内且位于入气口与出气口之间且用于接收储水装置中液态水的加湿组件以及设置于出气口位置且对加湿后的混合气体进行加热的第二加热装置；加湿组件包括连接于储水装置且用于将液态水进行雾化的雾化器以及设置于雾化器下侧的加热挡板，加热挡板上设置有供混合气体通过的通气通道。本实用新型能够对水量进行精准控制，保证水与混合气体能够充份混合，达到抑制碳化的作用。

Description

固体氧化物燃料电池的加湿系统

技术领域

本实用新型涉及固体氧化物燃料电池的技术领域，尤其是涉及一种固体氧化物燃料电池的加湿系统。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(PEMFC)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。其中，固体氧化物燃料电池包括有多种，其中一种为通入氢气和氮气，另一种为通入天然气。

针对通入天然气的固体氧化物燃料电池，需要通入天然气，也可以通入氢气、甲烷、一氧化碳以及氮气的混合气体，在此过程中，相比于通入氢气和氮气的固体氧化物燃料电池，在反映过程中多了碳元素，而碳元素在高温下会出现固化现象，而固化所形成的碳化膜会导致电池的性能急剧下降，故通过加入蒸汽来抑制碳化；在加蒸汽过程中，若蒸汽加的不够，会导致无法完全抑制碳化；若加蒸汽过多，则会把混合气体阻隔而形成波动，进而影响发电的稳定性；所以水加入的多少会对整个测试过程产生很大的影响，而加入的水量需要严格按照摩尔定律并根据加入碳元素的量来进行计算；所以精准的加入水量对整个电池的反应，具有很重要的意义。

现有的加湿方式，通过所预设的蒸汽炉将蒸汽加入到混合气体中进行混合，在理论上确实可以完成对在高温情况下蒸汽的流量测量，但是在实际过程中，蒸汽的流量测量非常困难，无法达到即要充份混合，又要对水量进行精准控制，所以无法达到本系统中所要求的精确度，故具有一定的改进空间。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种固体氧化物燃料电池的加湿系统，便于实现对水量进行精准控制，保证水与混合气体能够充份混合，达到抑制碳化的作用。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种固体氧化物燃料电池的加湿系统，包括壳体、设置于壳体下侧且供混合气体通入的入气口以及设置于壳体上侧且将加湿之后的混合气体输出的出气口，还包括设置于入气口位置且用于对混合气体加热的第一加热装置、用于提供液态水的储水装置、设置于壳体内且位于入气口与出气口之间且用于接收储水装置中液态水的加湿组件以及设置于出气口位置且对加湿后的混合气体进行加热的第二加热装置；

所述加湿组件包括连接于储水装置且用于将液态水进行雾化的雾化器以及设置于雾化器下侧的加热挡板，所述加热挡板上设置有供混合气体通过的通气通道。

通过采用上述技术方案，将液态水通入加湿组件，液态水的通入量完全可控，需要多少量的水即通入多少克的液态水即可，避免水量过多或水量过少而对抑制碳化造成影响；同时将液态水通过雾化器先进行雾化，虽然部分液态水会发生汽化形成水蒸气，但是有一部分仍然为液态水，液态水在滴落或者流动至设置在雾化器下侧的加热挡板中，通过加热挡板的高温加热使得液态水一接触即会发生汽化，同时加热挡板的高温加热能够让雾化器附近的温度也升高，有利于雾化后的水进行汽化，而汽化后的水也便于混合气体充份混合，从而达到抑制碳化的作用；第一加热装置的设置，先对通入的混合气体进行加热并达到对应的温度，避免水蒸气混合发生温度降低而凝结的情况，即若混合气体的温度较低，而水蒸气的温度较高，在混合过程中，会出现热量的传递，进而导致水蒸气的温度降低而冷凝再次变成液态水，不利于混合气体与水蒸气混合；第二加热装置的设置，进一步保证水蒸气不会发生冷凝，避免与混合气体混合的水蒸气减少而影响碳化抑制的作用。

本实用新型进一步设置为：所述储水装置包括储水桶、连接于储水桶与雾化器之间的通水管道、设置于通水管道上且将储水桶中的水抽出并计量的计量泵、设置于通水管道上且用于对液体水进行加热的第三加热装置以及设置于第三加热装置与雾化器之间且用于控制加水与否的电磁阀。

通过采用上述技术方案，通过设置的电磁阀来控制进入加湿组件的水量，便于实现控制水量，尤其抑制碳化需要匹配与通入混合气体对应的水量，故根据电磁阀的启闭来控制加入的液态水量。

本实用新型进一步设置为：所述储水桶上设置有补水口且位于储水桶的上侧，所述储水桶上的上侧设置有液位传感器。

通过采用上述技术方案，根据液位传感器所检测的情况来判断是否需要通过补水口加水，保证在使用过程中，降低出现缺水的风险，提高整个系统的可靠性。

本实用新型进一步设置为：所述壳体包括横向设置的第一腔体以及与第一腔体连通且呈竖向设置的第二腔体，所述入气口以及第一加热装置均位于第一腔体上且远离第二腔体的一侧，所述出气口以及第二加热装置均位于第二腔体上且远离第一腔体的一侧。

通过采用上述技术方案，横向设置的第一腔体缩短了竖直方向上所占用的空间，但是横向设置的第一腔体并没有缩短混合气体的升温距离；节省竖直方向上的空间，不仅在生产制造上更加容易，在实际安装的过程中，避免了高度过高导致需要用起吊机将零部件进行吊装，同时降低了焊接各部件的难度，大幅度的减小了安装成本。

本实用新型进一步设置为：所述第二腔体上且位于靠近第一腔体的一侧设置导水板，所述导水板上设置有供混合气体通过的通气孔。

通过采用上述技术方案，导水板的设置使得在维修过程中，能够把液态水引导到一侧，便于后续液态水的收集，提高维修的效率，通过设置通气孔，使得混合气体能够顺畅的从第一腔体进入到第二腔体内。

本实用新型进一步设置为：所述导水板呈锥形设置，所述通气孔设置于所述导水板上且位于锥形的尖端处。

通过采用上述技术方案，锥形设置能够将所有的水都引导到中间位置，在收集过程中，只需要把水桶放置在锥形的开口位置即可，使得操作更加便捷。

本实用新型进一步设置为：所述加热挡板上设置有至少一个过气孔，相邻加热挡板上的过气孔呈错位设置，多个加热挡板上的过气孔形成通气通道。

通过采用上述技术方案，

本实用新型进一步设置为：所述加热挡板与壳体的内壁之间设置有缺口，相邻加热挡板上的缺口呈错位设置，多个加热挡板上的缺口形成通气通道。

通过采用上述技术方案，不同加热挡板上的过气孔能够依次形成通气通道，使得下侧通入的混合气体能够顺利的与气体后的水进行混合，并从上侧的出气口流出；并且错位设置的过气孔，使得液态水必定会依次流动至每层加热挡板上，进一步降低了液态水会从通气通道流到下侧通道的风险。

本实用新型进一步设置为：所述加热挡板包括安装板以及设置于安装板下侧且与安装板固定连接的加热板。

通过采用上述技术方案，不同加热挡板上的缺口能够依次形成通气通道，使得下侧通入的混合气体能够顺利的与气体后的水进行混合，并从上侧的出气口流出；并且错位设置的缺口，使得液态水必定会依次流动至每层加热挡板上，进一步降低了液态水会从通气通道流到下侧通道的风险。

综上所述，本实用新型的有益技术效果为：能够对水量进行精准控制，保证水与混合气体能够充份混合，达到抑制碳化的作用。

附图说明

图1是固体氧化物燃料电池的加湿系统的结构示意图一。

图2是固体氧化物燃料电池的加湿系统的结构示意图二。

图3是带有缺口的单个安装板的结构示意图。

图4是带有缺口的多个安装板的结构示意图。

图5是固体氧化物燃料电池的加湿系统的结构示意图三。

图6是带有过气孔的单个安装板的结构示意图。

图7是带有过气孔的多个安装板的结构示意图。

图中：1、壳体；11、入气口；12、出气口；13、第一腔体；14、第二腔体；141、导水板；142、通气孔；2、储水装置；21、储水桶；211、补水口；212、液位传感器；22、通水管道；23、计量泵；24、电磁阀；25、第三加热装置；3、加湿组件；31、液态水接入口；32、雾化器；321、输水管道；33、加热挡板；331、安装板；332、加热板；333、过气孔；334、缺口；34、通气通道；4、第一加热装置；5、第二加热装置。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参照图1，为本实用新型公开的一种固体氧化物燃料电池的加湿系统，包括壳体1、设置于壳体1下侧且供混合气体通入的入气口11以及设置于壳体1上侧且将加湿之后的混合气体输出的出气口12、设置于入气口11位置且用于对混合气体加热的第一加热装置4、用于提供液态水的储水装置2、设置于壳体1内且位于入气口11与出气口12之间且用于接收储水装置2中液态水的加湿组件3以及设置于出气口12位置且对加湿后的混合气体进行加热的第二加热装置5；将液态水通入加湿组件3，液态水的通入量完全可控，需要多少量的水即通入多少克的液态水即可，避免水量过多或水量过少而对抑制碳化造成影响；将液态水转变成气态水后与混合气体充份混合，并通过第一加热装置4与第二加热装置5的设置进一步避免气态水再度冷凝变成液态水；保证混合气体能够与水充份混合，而汽化后的水也便于混合气体充份混合，从而达到抑制碳化的作用。

其中，如图1所示，壳体1包括横向设置的第一腔体13以及与第一腔体13连通且呈竖向设置的第二腔体14，第一腔体13与第二腔体14的形状优选为“L”形；入气口11以及第一加热装置4均位于第一腔体13上且远离第二腔体14的一侧，且入气口11设置于第一腔体13的下侧；出气口12以及第二加热装置5位于第二腔体14上且远离第一腔体13的一侧；横向设置的第一腔体13缩短了竖直方向上所占用的空间，但是横向设置的第一腔体13并没有缩短混合气体的升温距离，节省竖直方向上的空间。

第一加热装置4与第二加热装置5均优选为加热棒，通过接通电源即可实现加热的功能。

第一加热装置4至少设置有一个，第一加热装置4沿着第一腔体13的长度方向设置，即横向设置于第一腔体13内；也可以竖直设置于第一腔体13；若第一加热装置4设置有多个，则可以根据实际的需求均匀排布于第一腔体13内，以保证加热效率，确保混合气体在通入过程中能够迅速升高到对应的温度，图中未示出。

第二加热装置5至少设置有一个，第二加热装置5沿着第二腔体14的长度方向设置，即竖直设置于第二腔体14内；也可以横向设置于第二腔体14；若第二加热装置5设置有多个，则可以根据实际的需求均匀排布于第二腔体14内，以保证加热效率，确保混合气体与水蒸气在通入过程中，水蒸气不会再次发生冷凝而变成液态水，图中未示出。

本实施例中，如图1所示，第一加热装置4与第二加热装置5均优选设置有一个，且第一加热装置4沿着第一腔体13的长度方向设置，第二加热装置5沿着第二腔体14的长度方向设置。

若设备出现问题之后，则会出现漏水或者第二腔体14内存在液态水的情况，故需要进行维修，为了方便后续的维修，故在第二腔体14内设置了便于收集液态水的结构，具体如下：

如图1所示，第二腔体14上且位于靠近第一腔体13的一侧设置导水板141，导水板141上设置有供混合气体通过的通气孔142；导水板141呈锥形设置且锥形的尖端朝下设置，通气孔142设置于导水板141上且位于锥形的尖端处，该通气孔142的直径较大，使得混合气体能够顺畅的从第一腔体13进入到第二腔体14内；锥形设置能够将所有的水都引导到中间位置，在收集过程中，只需要把水桶放置在锥形的开口位置即可，使得操作更加便捷。

其中，如图1所示，储水装置2包括储水桶21、连接于储水桶21与雾化器32之间的通水管道22、设置于通水管道22上且将储水桶21中的水抽出并计量的计量泵23、设置于通水管道22上且用于对液体水进行加热的第三加热装置25以及设置于第三加热装置25与雾化器32之间且用于控制加水与否的电磁阀24；由计量泵23来计量通入水量的多少，并通过设置的电磁阀24来控制是否将水通入加湿组件3，便于实现控制水量，尤其抑制碳化需要匹配与通入混合气体对应的水量，故根据计量泵23的计量与电磁阀24的启闭来控制加入的液态水量。

第三加热装置25优选采用水加热器，即将液态水通入到第三加热装置25中，对液态水进行加热，在加热到一定的温度后将加热后的水通入至加湿组件3；使得在通过加湿组件3进行雾化等处理过程中，升温后的水能够更加容易变成水蒸气，便于水蒸气在加入到加湿组件3后能够迅速汽化形成水蒸气。

如图1所示，储水桶21上设置有补水口211且位于储水桶21的上侧，储水桶21上的上侧设置有液位传感器212；根据液位传感器212所检测的情况来判断是否需要通过补水口211加水，保证在使用过程中，降低出现缺水的风险，提高整个系统的可靠性。

其中，如图1所示，加湿组件3包括设置于壳体1上的液态水接入口31、连接于液态水接入口31且用于将液态水进行雾化的雾化器32以及设置于雾化器32下侧的加热挡板33；将通水管道22与液态水接入口31连通，将储水桶21中的液态水能够引入至雾化器32，便于将液态水进行雾化；在雾化过程中，虽然部分液态水会发生汽化形成水蒸气，但是有一部分仍然为液态水，液态水在滴落或者流动至设置在雾化器32下侧的加热挡板33中，通过加热挡板33的高温加热使得液态水一接触即会发生汽化，同时加热挡板33的高温加热能够让雾化器32附近的温度也升高，有利于雾化后的水进行汽化。加热挡板33上形成有供混合气体通过的通气通道；通气通道的设置使得混合气体能够从第一腔体13顺利的进入到第二腔体14中，实现混合气体与水的混合。

其中，如图1所示，雾化器32优选采用雾化喷嘴，雾化器32与第二腔体14之间连接有输水管道321，输水管道321通过液态水接入口31与输水管道321连接，输水管道321通过法兰固定在第二腔体14上，通过输水管道321以提供雾化器32相应的安装位置，便于设置在所需要的位置。

在一个实施例中，若雾化器32优选设置有一个，则可以将雾化器32设置在第二腔体14的中部位置，也可以将雾化喷头设置在靠近第二腔体14的侧壁位置，图中未示出。

在一个实施例中，若雾化器32设置有多个且多个雾化器32横向排布于第二腔体14内，则多个雾化器32可以均匀排布于同一个输水管道321上，本实施例中优选设置有两个雾化器32，图中未示出。

在一个实施例中，若雾化器32设置有多个且多个雾化器32竖直排布于第二腔体14内，如图1所示。

如图1与2所示，多个雾化器32可以共用输水管道321、液态水接入口31、通水管道22、电磁阀24，使得在通过计量泵23将水从储水桶21中抽入通水管道22之后，由电磁阀24同时控制对多个雾化器32通入液态水，进行雾化；也可以每个雾化器32均一一对应设置有输水管道321、液态水接入口31、通水管道22、电磁阀24，使得在通过计量泵23将水从储水桶21中抽入对应的输水管道321之后，根据不同的电磁阀24来控制给对应的雾化器32通入液态水，进行雾化。

关于多个雾化器32的排布位置，可以竖直排布在第二腔体14内的同一侧，该同一侧是指可以位于第二腔体14的左侧或右侧或中部；多个雾化器32也可以排布在第二腔体14内的不同侧，且相邻两个雾化器32呈错位的形式设置。

本实施例中雾化器32优选采用三个，雾化器32沿着竖直的方向排布，且呈错位设置于第二腔体14内。

其中，如图2与3所示，加热挡板33包括安装板331以及设置于安装板331下侧且与安装板331固定连接的加热板332；安装板331与第二腔体14的侧壁固定连接，该固定连接可以为通过螺栓固定，也可以通过焊接等连接方式实现固定，都是本领域技术人员所熟知的技术手段，此处不作详述；加热板332采用片状加热器，即将片状加热器固定在安装板331的下侧，该固定方式优选采用螺栓实现固定；通过加热板332将热量传导到安装板331中，安装板331以承载液态水，使得液态水不会直接接触加热板332，提高加热汽化的安全性。

关于通气通道的形成可以有多种实现方式，具体如下：

在一个实施例中，如图3所示，加热挡板33设置有一个，且加热挡板33上设置有缺口334，则该缺口334形成通气通道，即在安装板331上设置缺口334，加热板332避开安装板331上设置缺口334的位置；缺口334的面积小于加热挡板33面积的三分之一。

在一个实施例中，如图4所示，加热挡板33至少设置有两个，加热挡板33与壳体1的内壁之间设置有缺口334，相邻加热挡板33上的缺口334呈错位设置，多个加热挡板33上的缺口334形成通气通道，即在安装板331上设置缺口334，加热板332避开安装板331上设置缺口334的位置；缺口334的面积小于加热挡板33面积的三分之一；相邻加热挡板33之间设置有间隙。

在一个实施例中，如图5与6所示，加热挡板33设置有一个，且加热挡板33上设置有至少一个过气孔333，则该过气孔333形成通气通道，即在安装板331上设置过气孔333，加热板332避开安装板331上设置过气孔333的位置。

在一个实施例中，如图5与7所示，加热挡板33至少设置有两个，且加热挡板33上设置有至少一个过气孔333，相邻加热挡板33上的过气孔333呈错位设置，多个加热挡板33上的过气孔333形成通气通道，即在安装板331上设置过气孔333，加热板332避开安装板331上设置过气孔333的位置；相邻加热挡板33之间设置有间隙。

不同加热挡板33上的过气孔333或缺口334能够依次形成通气通道，使得下侧通入的混合气体能够顺利的与气体后的水进行混合，并从上侧的出气口12流出；并且错位设置的过气孔333或缺口334，使得液态水必定会依次流动至每层加热挡板33上，进一步降低了液态水会从通气通道流到下侧通道的风险。

加热挡板33设置于雾化器32的下侧，关于加热挡板33的位置设置可以有多种实现方式，具体如下：

在一个实施例中，将加热挡板33放置于所有雾化器32的下侧，即无论雾化器32有多少个，例如一个雾化器32、两个雾化器32、三个雾化器32等等，直接将加热挡板33设置于最下侧雾化器32的下侧，图中未示出。

在一个实施例中，如图1与5所示，每个雾化器32的下侧，均设置有至少一个加热挡板33。

本实施例中优选在每个雾化器32的下侧设置一个加热挡板33，即加热挡板33与雾化器32一一对应，使得经过雾化器32后，仍然为液态的水能够尽可能保证汽化，提高整体的效率，避免多个雾化器32对应一个加热板332无法保证汽化的效率。

以上加湿组件3中的雾化器32、加热挡板33等的多个实施方式可以根据实际情况进行组合以便于适应不同的应用环境。以上多个实施例方式组合形成的加湿组件3设置有至少两个且呈交错设置于壳体1内；交错设置于壳体1内的加湿组件3能够有利于提高汽化后水与混合气体进行混合，能够进一步保证混合气体与汽化后水的接触时间，保证两者能够充份混合。

本实施例的实施原理为：通入混合气体以及液态水，通过第一加热装置4以对混合气体进行加热，通过第三加热装置25对液态水进行加热，将经过加热的液态水通入加湿组件3，并根据计量泵23以及电磁阀24的配合控制通入量。

通过雾化器32进行雾化，虽然部分液态水会发生汽化形成水蒸气，但是有一部分仍然为液态水，液态水在滴落或者流动至设置在雾化器32下侧的加热挡板33中，通过加热挡板33的高温加热使得液态水一接触即会发生汽化，同时加热挡板33的高温加热能够让雾化器32附近的温度也升高，有利于雾化后的水进行汽化，而汽化后的水也便于混合气体充份混合，从而达到抑制碳化的作用。

当混合气体与水蒸气完全混合后，通过第二加热装置5进一步加热，保证水蒸气不会发生冷凝，避免与混合气体混合的水蒸气减少而影响碳化抑制的作用。

本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种固体氧化物燃料电池的加湿系统，包括壳体(1)、设置于壳体(1)下侧且供混合气体通入的入气口(11)以及设置于壳体(1)上侧且将加湿之后的混合气体输出的出气口(12)，其特征是：还包括设置于入气口(11)位置且用于对混合气体加热的第一加热装置(4)、用于提供液态水的储水装置(2)、设置于壳体(1)内且位于入气口(11)与出气口(12)之间且用于接收储水装置(2)中液态水的加湿组件(3)以及设置于出气口(12)位置且对加湿后的混合气体进行加热的第二加热装置(5)；

所述加湿组件(3)包括连接于储水装置(2)且用于将液态水进行雾化的雾化器(32)以及设置于雾化器(32)下侧的加热挡板(33)，所述加热挡板(33)上设置有供混合气体通过的通气通道(34)。

2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池的加湿系统，其特征是：所述储水装置(2)包括储水桶(21)、连接于储水桶(21)与雾化器(32)之间的通水管道(22)、设置于通水管道(22)上且将储水桶(21)中的水抽出并计量的计量泵(23)、设置于通水管道(22)上且用于对液体水进行加热的第三加热装置(25)以及设置于第三加热装置(25)与雾化器(32)之间且用于控制加水与否的电磁阀(24)。

3.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池的加湿系统，其特征是：所述储水桶(21)上设置有补水口(211)且位于储水桶(21)的上侧，所述储水桶(21)上的上侧设置有液位传感器(212)。

4.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池的加湿系统，其特征是：所述壳体(1)包括横向设置的第一腔体(13)以及与第一腔体(13)连通且呈竖向设置的第二腔体(14)，所述入气口(11)以及第一加热装置(4)均位于第一腔体(13)上且远离第二腔体(14)的一侧，所述出气口(12)以及第二加热装置(5)均位于第二腔体(14)上且远离第一腔体(13)的一侧。

5.根据权利要求4所述的固体氧化物燃料电池的加湿系统，其特征是：所述第二腔体(14)上且位于靠近第一腔体(13)的一侧设置导水板(141)，所述导水板(141)上设置有供混合气体通过的通气孔(142)。

6.根据权利要求5所述的固体氧化物燃料电池的加湿系统，其特征是：所述导水板(141)呈锥形设置，所述通气孔(142)设置于所述导水板(141)上且位于锥形的尖端处。

7.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池的加湿系统，其特征是：所述加热挡板(33)上设置有至少一个过气孔(333)，相邻加热挡板(33)上的过气孔(333)呈错位设置，多个加热挡板(33)上的过气孔(333)形成通气通道(34)。

8.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池的加湿系统，其特征是：所述加热挡板(33)与壳体(1)的内壁之间设置有缺口(334)，相邻加热挡板(33)上的缺口(334)呈错位设置，多个加热挡板(33)上的缺口(334)形成通气通道(34)。

9.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池的加湿系统，其特征是：所述加热挡板(33)包括安装板(331)以及设置于安装板(331)下侧且与安装板(331)固定连接的加热板(332)。

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