CN220710353U - 燃烧器燃料供应系统及燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于燃料电池系统技术领域，公开了燃烧器燃料供应系统及燃料电池系统，燃烧器燃料供应系统包括天然气储罐和混合器，混合器包括串联的第一混合结构和第二混合结构，第一混合结构设有阳极尾气入口、天然气入口和第一出口，天然气入口与天然气储罐连通，阳极尾气入口用于通入燃料电池的阳极尾气，阳极尾气和天然气能在第一混合结构内混合形成混合燃料，第二混合结构设有阴极尾气入口、燃料入口和第二出口，燃料入口与第一出口连通，阴极尾气入口用于通入燃料电池的阴极尾气，第二出口用于与燃烧器连通。能减小燃烧器的体积。

Description

燃烧器燃料供应系统及燃料电池系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池系统技术领域，尤其涉及燃烧器燃料供应系统及燃料电池系统。

背景技术

燃料电池系统中，燃烧器的烟气能为空气预热器、水蒸气发生器和重整器供热，阳极尾气中具有氢气组分，阳极尾气作为燃烧器的燃料，阴极尾气作为助燃剂，采用预混燃烧时，需要先将阳极尾气和阴极尾气在预混结构内预混之后再通入燃烧器内进行燃烧。当在阴极尾气高于氢气着火温度时，可能会导致阳极尾气自燃，自燃则会导致预混结构的温度升高，容易损坏预混结构。由于阳极尾气在高温的阴极尾气中容易自燃导致预混结构损坏，现有技术中阳极尾气在高温阴极尾气中燃烧的方式只能选择扩散燃烧，而采用扩散燃烧不仅增加了燃烧器的燃烧区域，增加了设备成本，同时在低热值阳极尾气状态甚至无法实现稳定火焰燃烧。而且为了配合阳极尾气扩散燃烧，燃烧器需要设有防回火小孔，以防止阳极尾气在燃烧器燃烧时出现回火现象，防回火小孔的设计导致火焰长度长，燃烧器体积大，阳极尾气的压阻较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供燃烧器燃料供应系统及燃料电池系统，以解决现有技术中阳极尾气只能选择扩散燃烧，导致燃烧器体积大，在低热值阳极尾气状态甚至无法实现稳定火焰燃烧，阳极尾气的压阻较大的问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

燃烧器燃料供应系统，包括：

天然气储罐；

混合器，所述混合器包括串联的第一混合结构和第二混合结构，所述第一混合结构设有阳极尾气入口、天然气入口和第一出口，所述天然气入口与所述天然气储罐连通，所述阳极尾气入口用于通入燃料电池的阳极尾气，所述第一混合结构被配置为阳极尾气和天然气能在所述第一混合结构内混合形成混合燃料，所述第二混合结构设有阴极尾气入口、燃料入口和第二出口，所述燃料入口与所述第一出口连通，所述阴极尾气入口用于通入燃料电池的阴极尾气，所述第二混合结构被配置为所述混合燃料与阴极尾气能在所述第二混合结构混合，所述第二出口用于与燃烧器连通。

作为上述燃烧器燃料供应系统的一种优选方案，所述第一混合结构包括第一外管和穿设于所述第一外管的第一文丘里管，所述第一外管与所述第一文丘里管之间形成第一分配腔，所述第一文丘里管包括依次连通的第一渐缩部、第一喉部和第一增压部，所述天然气入口与所述第一渐缩部连通，所述第一增压部与所述第一出口连通，所述第一喉部设有第一连通孔，所述阳极尾气入口与所述第一分配腔连通，所述第一喉部通过所述第一连通孔与所述第一分配腔连通。

作为上述燃烧器燃料供应系统的一种优选方案，所述第二混合结构包括第二外管和穿设于所述第二外管的第二文丘里管，所述第二外管与所述第二文丘里管之间形成第二分配腔，所述第二文丘里管包括依次连通的第二渐缩部、第二喉部和第二增压部，所述燃料入口与所述第二喉部连通，所述第二增压部与所述第二出口连通，所述燃料入口与所述第二分配腔连通，所述第二喉部设有第二连通孔，所述第二喉部通过所述第二连通孔与所述第二分配腔连通。

作为上述燃烧器燃料供应系统的一种优选方案，所述第一连通孔的个数为多个，多个所述第一连通孔沿所述第一喉部的圆周方向间隔分布，多个所述第一连通孔均与所述第一分配腔连通。

作为上述燃烧器燃料供应系统的一种优选方案，所述第二连通孔的个数为多个，多个所述第二连通孔沿所述第二喉部的圆周方向间隔分布，多个所述第二连通孔均与所述第二分配腔连通。

作为上述燃烧器燃料供应系统的一种优选方案，所述混合器还包括壳体，所述第一混合结构和所述第二混合结构均设置于所述壳体内。

作为上述燃烧器燃料供应系统的一种优选方案，所述燃烧器燃料供应系统还包括流量调节件，所述天然气储罐与所述天然气入口通过连接管路连通，所述流量调节件设置于所述连接管路。

作为上述燃烧器燃料供应系统的一种优选方案，所述流量调节件包括蝶阀和驱动件，所述驱动件与所述蝶阀传动连接，所述驱动件能调节所述蝶阀的流通面积。

作为上述燃烧器燃料供应系统的一种优选方案，所述驱动件为电机。

本实用新型还提供了燃料电池系统，包括上述的燃烧器燃料供应系统，还包括燃烧器，所述燃烧器燃料供应系统能为所述燃烧器提供燃料，所述阳极尾气入口与燃料电池的阳极尾气出口连通，所述阴极尾气入口与燃料电池的阴极尾气出口连通。

本实用新型的有益效果：

本实用新型还提供了燃烧器燃料供应系统及燃料电池系统，该燃烧器燃料供应系统为燃烧器供给燃料，天然气从天然气储罐进入第一混合结构，天然气引射阳极尾气进入第一混合结构，天然气和阳极尾气在第一混合结构充分混合形成新的混合燃料，阴极尾气进入第二混合结构，阴极尾气引射混合燃料从第一混合结构进入第二混合结构，阴极尾气与混合燃料在第二混合结构充分混合后进入燃烧器进行燃烧。由于阳极尾气中的氢气组分占比越大，火焰传播速度越快。天然气的组分主要为甲烷，火焰传播速度低，化学性质相对稳定。天然气和阳极尾气混合形成新的混合燃料，混合燃料中氢气的组分占比远低于阳极尾气中氢气组分占比，混合燃料的火焰传播速度也低于阳极尾气的火焰传播速度，能够实现在高于氢气着火温度的工况下混合燃料与阴极尾气预混不会发生自燃的情况，阳极尾气能够采用预混燃烧的方式在燃烧器内燃烧，保障燃烧器的平稳运行。天然气、阳极尾气与阴极尾气预混之后再进入燃烧器，无需双通道分别为燃烧器供给天然气和阳极尾气，能减小燃烧器的体积，降低成本。而且天然气的压力高、速度快，通过天然气引射阳极尾气进入第一混合结构，阴极尾气的流量大，通过阴极尾气引射混合燃料进入第二混合结构，能降低阳极尾气进入燃烧器的压阻。

附图说明

图1是本实用新型具体实施例提供的燃烧器燃料供应系统的结构示意图；

图2是本实用新型具体实施例提供的燃烧器燃料供应系统中混合器的结构示意图。

图中：

1、天然气储罐；

2、第一混合结构；21、天然气入口；22、阳极尾气入口；23、第一出口；24、第一渐缩部；25、第一喉部；26、第一增压部；27、第一分配腔；28、第一连通孔；

3、第二混合结构；31、燃料入口；32、阴极尾气入口；33、第二出口；34、第二渐缩部；35、第二喉部；36、第二增压部；37、第二分配腔；38、第二连通孔；

4、燃料电池的阳极尾气出口；

5、燃料电池的阴极尾气出口；

6、蝶阀；

7、驱动件；

8、燃烧器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本实用新型提供燃烧器燃料供应系统，如图1和图2所示，该燃烧器燃料供应系统包括天然气储罐1和混合器，混合器包括串联的第一混合结构2和第二混合结构3，第一混合结构2设有阳极尾气入口22、天然气入口21和第一出口23，天然气入口21与天然气储罐1连通，阳极尾气入口22用于通入燃料电池的阳极尾气，第一混合结构2被配置为阳极尾气和天然气能在第一混合结构2内混合形成混合燃料，第二混合结构3设有阴极尾气入口32、燃料入口31和第二出口33，燃料入口31与第一出口23连通，阴极尾气入口32用于通入燃料电池的阴极尾气，第二混合结构3被配置为混合燃料与阴极尾气能在第二混合结构3混合，第二出口33用于与燃烧器8连通。

该燃烧器燃料供应系统为燃烧器8供给燃料，天然气从天然气储罐1进入第一混合结构2，天然气引射阳极尾气进入第一混合结构2，天然气和阳极尾气在第一混合结构2充分混合形成新的混合燃料，阴极尾气进入第二混合结构3，阴极尾气引射混合燃料从第一混合结构2进入第二混合结构3，阴极尾气与混合燃料在第二混合结构3充分混合后进入燃烧器8进行燃烧。由于阳极尾气中的氢气组分占比越大，火焰传播速度越快。天然气的组分主要为甲烷，火焰传播速度低，化学性质相对稳定。天然气和阳极尾气混合形成新的混合燃料，混合燃料中氢气的组分占比远低于阳极尾气中氢气组分占比，混合燃料的火焰传播速度也低于阳极尾气的火焰传播速度，能够实现在高于氢气着火温度的工况下混合燃料与阴极尾气预混不会发生自燃的情况，阳极尾气能够采用预混燃烧的方式在燃烧器8内燃烧，保障燃烧器8的平稳运行。天然气、阳极尾气与阴极尾气预混之后再进入燃烧器8，无需双通道分别为燃烧器8供给天然气和阳极尾气，能减小燃烧器8的体积，降低成本。而且天然气的压力高、速度快，通过天然气引射阳极尾气进入第一混合结构2，阴极尾气的流量大，通过阴极尾气引射混合燃料进入第二混合结构3，能降低阳极尾气进入燃烧器8的压阻。而且由于第一混合结构2和第二混合结构3的引射作用能够避免在无天然气流通时，阳极尾气向天然气储罐1方向回流。

可选地，燃烧器燃料供应系统还包括流量调节件，天然气储罐1与天然气入口21通过连接管路连通，流量调节件设置于连接管路。流量调节件用于调节进入天然气入口21的天然气的流量。当只供给阳极尾气，不供给天然气时，阳极尾气进入第一混合结构2，阴极尾气进入第二混合结构3，阴极尾气引射阳极尾气进入第二混合结构3，阴极尾气和阳极尾气在第二混合结构3中充分混合后进入燃烧器8中进行燃烧。当只供给天然气，未供给阳极尾气时，天然气从天然气储瓶通过天然气入口21进入第一混合结构2，第一混合结构2与第二混合结构3连通，阴极尾气从阴极尾气入口32进入第二混合结构3，阴极尾气引射天然气进入第二混合结构3，天然气和阴极尾气在第二混合结构3中混合后进入混合器中进行燃烧。

可选地，流量调节件包括蝶阀6和驱动件7，驱动件7与蝶阀6传动连接，驱动件7能调节蝶阀6的流通面积。可选地，驱动件7为电机。在阳极尾气的流量一定时，能够通过调节天然气的流量来调整混合燃料中的组分占比，使混合燃料中的氢气组分占比满足所需要求。通过驱动件7调节蝶阀6的流通面积能调节天然气的流量。

可选地，如图2所示，第一混合结构2包括第一外管和穿设于第一外管的第一文丘里管，第一外管与第一文丘里管之间形成第一分配腔27，第一文丘里管包括依次连通的第一渐缩部24、第一喉部25和第一增压部26，天然气入口21与第一渐缩部24连通，第一增压部26与第一出口23连通，第一喉部25设有第一连通孔28，阳极尾气入口22与第一分配腔27连通，第一喉部25通过第一连通孔28与第一分配腔27连通。天然气经过第一渐缩部24进入第一喉部25，阳极尾气从阳极尾气入口22进入第一分配腔27，天然气引射阳极尾气，使阳极尾气再从第一分配腔27通过第一连通孔28进入第一喉部25内，在第一喉部25内与天然气混合，之后天然气和阳极尾气混合形成的混合燃料经过第一增压部26从第一出口23流出。相比于现有技术中的引射器采用喷嘴结构，采用第一喉部25和阳极尾气入口22通过第一连通孔28和第一分配腔27连通，能够使天然气和阳极尾气充分混合。

可选地，第一连通孔28的个数为多个，多个第一连通孔28沿第一喉部25的圆周方向间隔分布，多个第一连通孔28均与第一分配腔27连通。具体地，第一喉部25呈圆筒形，第一喉部25的一周均设有第一连通孔28。能使天然气与阳极尾气混合均匀。

可选地，从天然气入口21到第一出口23的方向，第一渐缩部24的直径逐渐减小，第一增压部26的直径逐渐增大。从天然气入口21到第一出口23的方向，随着第一渐缩部24的流通面积逐渐降低，天然气的流速逐渐增大，在第一喉部25处形成局部负压，从而将阳极尾气引射入第一喉部25。随着第一增压部26的流通面积增大，混合燃料的静压力升高。

可选地，第二混合结构3包括第二外管和穿设于第二外管的第二文丘里管，第二外管与第二文丘里管之间形成第二分配腔37，第二文丘里管包括依次连通的第二渐缩部34、第二喉部35和第二增压部36，燃料入口31与第二喉部35连通，第二增压部36与第二出口33连通，燃料入口31与第二分配腔37连通，第二喉部35设有第二连通孔38，第二喉部35通过第二连通孔38与第二分配腔37连通。阴极尾气进入第二渐缩部34，混合燃料进入第二分配腔37，阴极尾气引射混合燃料，使混合燃料再从第二分配腔37通过第二连通孔38进入第二喉部35内，在第二喉部35内与阴极尾气混合，之后再一同经过第二增压部36。第二喉部35和燃料入口31通过第二连通孔38和第二分配腔37连通，能够使混合燃料和阴极尾气充分混合。

可选地，第二连通孔38的个数为多个，多个第二连通孔38沿第二喉部35的圆周方向间隔分布，多个第二连通孔38均与第二分配腔37连通。具体地，第二喉部35呈圆筒形，第二喉部35的一周均设有第二连通孔38。能使混合燃料与阴极尾气充分混合。

可选地，从阴极尾气入口32到第二出口33的方向，第二渐缩部34的直径逐渐减小，第二增压部36的直径逐渐增大。从阴极尾气入口32到第二出口33的方向，随着第二渐缩部34的流通面积逐渐降低，阴极尾气的流速逐渐增大，在第二喉部35处形成局部负压，从而将混合燃料引射入第二喉部35。随着第二增压部36的流通面积增大，混合燃料与阴极尾气的静压力升高。

可选地，混合器还包括壳体，第一混合结构2和第二混合结构3均设置于壳体内。第一混合结构2和第二混合结构3位于同一个壳体内，集成度高，占用空间小。

本实用新型还提供了燃料电池系统，包括上述的燃烧器燃料供应系统，还包括燃烧器8，燃烧器燃料供应系统能为燃烧器8提供燃料，阳极尾气入口22与燃料电池的阳极尾气出口4连通，阴极尾气入口32与燃料电池的阴极尾气出口5连通。燃料电池系统中包括空气预热器、水蒸气发生器和重整器，空气预热器、水蒸气发生器和重整器均为换热器，燃烧器8出口流出的高温烟气为空气预热器、水蒸气发生器和重整器提供热量，经过空气预热器预热的空气会进入燃料电池阴极，水经过水蒸气发生器变为水蒸气，水蒸气与燃料在重整器内发生重整反应，之后进入燃料电池阳极。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.燃烧器燃料供应系统，其特征在于，包括：

天然气储罐(1)；

混合器，所述混合器包括串联的第一混合结构(2)和第二混合结构(3)，所述第一混合结构(2)设有阳极尾气入口(22)、天然气入口(21)和第一出口(23)，所述天然气入口(21)与所述天然气储罐(1)连通，所述阳极尾气入口(22)用于通入燃料电池的阳极尾气，所述第一混合结构(2)被配置为阳极尾气和天然气能在所述第一混合结构(2)内混合形成混合燃料，所述第二混合结构(3)设有阴极尾气入口(32)、燃料入口(31)和第二出口(33)，所述燃料入口(31)与所述第一出口(23)连通，所述阴极尾气入口(32)用于通入燃料电池的阴极尾气，所述第二混合结构(3)被配置为所述混合燃料与阴极尾气能在所述第二混合结构(3)混合，所述第二出口(33)用于与燃烧器(8)连通。

2.根据权利要求1所述的燃烧器燃料供应系统，其特征在于，所述第一混合结构(2)包括第一外管和穿设于所述第一外管的第一文丘里管，所述第一外管与所述第一文丘里管之间形成第一分配腔(27)，所述第一文丘里管包括依次连通的第一渐缩部(24)、第一喉部(25)和第一增压部(26)，所述天然气入口(21)与所述第一渐缩部(24)连通，所述第一增压部(26)与所述第一出口(23)连通，所述第一喉部(25)设有第一连通孔(28)，所述阳极尾气入口(22)与所述第一分配腔(27)连通，所述第一喉部(25)通过所述第一连通孔(28)与所述第一分配腔(27)连通。

3.根据权利要求2所述的燃烧器燃料供应系统，其特征在于，所述第二混合结构(3)包括第二外管和穿设于所述第二外管的第二文丘里管，所述第二外管与所述第二文丘里管之间形成第二分配腔(37)，所述第二文丘里管包括依次连通的第二渐缩部(34)、第二喉部(35)和第二增压部(36)，所述阴极尾气入口(32)与所述第二喉部(35)连通，所述第二增压部(36)与所述第二出口(33)连通，所述燃料入口(31)与所述第二分配腔(37)连通，所述第二喉部(35)设有第二连通孔(38)，所述第二喉部(35)通过所述第二连通孔(38)与所述第二分配腔(37)连通。

4.根据权利要求3所述的燃烧器燃料供应系统，其特征在于，所述第一连通孔(28)的个数为多个，多个所述第一连通孔(28)沿所述第一喉部(25)的圆周方向间隔分布，多个所述第一连通孔(28)均与所述第一分配腔(27)连通。

5.根据权利要求3所述的燃烧器燃料供应系统，其特征在于，所述第二连通孔(38)的个数为多个，多个所述第二连通孔(38)沿所述第二喉部(35)的圆周方向间隔分布，多个所述第二连通孔(38)均与所述第二分配腔(37)连通。

6.根据权利要求1所述的燃烧器燃料供应系统，其特征在于，所述混合器还包括壳体，所述第一混合结构(2)和所述第二混合结构(3)均设置于所述壳体内。

7.根据权利要求1所述的燃烧器燃料供应系统，其特征在于，所述燃烧器燃料供应系统还包括流量调节件，所述天然气储罐(1)与所述天然气入口(21)通过连接管路连通，所述流量调节件设置于所述连接管路。

8.根据权利要求7所述的燃烧器燃料供应系统，其特征在于，所述流量调节件包括蝶阀(6)和驱动件(7)，所述驱动件(7)与所述蝶阀(6)传动连接，所述驱动件(7)能调节所述蝶阀(6)的流通面积。

9.根据权利要求8所述的燃烧器燃料供应系统，其特征在于，所述驱动件(7)为电机。

10.燃料电池系统，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的燃烧器燃料供应系统，还包括燃烧器(8)，所述燃烧器燃料供应系统能为所述燃烧器(8)提供燃料，所述阳极尾气入口(22)与燃料电池的阳极尾气出口(4)连通，所述阴极尾气入口(32)与燃料电池的阴极尾气出口(5)连通。