CN221146524U - 燃料电池双燃料燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于燃料电池技术领域，公开了燃料电池双燃料燃烧装置，该燃料电池双燃料燃烧装置包括壳体、引射器以及混合器，一部分阴极尾气进入到引射器的内腔，并与天然气充分混合，天然气混合气喷向混合器的柱形管内，点火后在壳体的燃烧区燃烧，另一部分阴极尾气进入到柱形管，阳极尾气从第一喷射孔进入到柱形管与阴极尾气混合形成贫燃混合气，从第二喷射孔进入到锥形管形成稳定的火焰并分解贫燃混合气。阴极尾气经过旋流件形成沿壁面的旋转流体进入混合器，能够对混合器起到冷却的作用，防止预混天然气回火或超温对其破坏，同时，补充天然气燃烧的空气，减低火焰核心区的平均温度，使天然气和阳极尾气燃烧更完全，降低污染物的排放。

Description

燃料电池双燃料燃烧装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及燃料电池双燃料燃烧装置。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，燃料电池的燃烧装置在启动阶段需要逐步对空气进行升温，通常采用扩散式或者快速预混式提供热量，使得天然气能够大功率燃烧，但是无法避免燃烧区域核心温度高、火焰长、排放量大的问题。

为了解决上述问题，现有技术中采用了全预混燃烧，即燃料与空气充分预混后进行燃烧，无需二次空气补给，但是，现有的燃料电池的阴极尾气逐步升温会带来的自燃问题，并且，燃料电池的阳极尾气复杂、宽工况的变化范围，使得燃烧过程中稳定性难以保证，污染物排放量高。

因此，亟需燃料电池双燃料燃烧装置，以解决上述问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供燃料电池双燃料燃烧装置，能够克服阴极尾气逐步升温带来的自燃问题，同时，减低火焰核心区的平均温度，使天然气和阳极尾气燃烧更完全，降低污染物的排放。

为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型采用以下技术方案：

燃料电池双燃料燃烧装置，包括：

壳体，所述壳体上设置有天然气进气端、阳极尾气进气端以及阴极尾气进气端；

引射器，所述引射器位于所述壳体内，所述引射器连通于所述天然气进气端和所述阴极尾气进气端，所述引射器用于混合来自所述天然气进气端的天然气和来自所述阴极尾气进气端的阴极尾气；

混合器，所述混合器设置于所述壳体内，所述混合器包括柱形管、锥形管以及旋流件，所述柱形管的两端分别连通于所述引射器和所述锥形管，所述旋流件设置于所述柱形管的内部，且所述旋流件位于所述柱形管的进口端，来自所述阴极尾气进气端的阴极尾气能够经过所述旋流件进入到所述柱形管内，所述柱形管和所述锥形管分别开设有第一喷射孔和第二喷射孔，所述阳极尾气进气端通过所述第一喷射孔和所述第二喷射孔分别连通于所述柱形管和所述锥形管。

优选地，所述第一喷射孔的中轴线与所述第二喷射孔的中轴线呈锐角设置。

优选地，所述燃料电池双燃料燃烧装置还包括套管，所述套管套设于所述混合器，且所述套管连接于所述阳极尾气进气端，所述套管具有分配腔，所述分配腔分别通过所述第一喷射孔和所述第二喷射孔连通于所述柱形管和所述锥形管。

优选地，所述燃料电池双燃料燃烧装置还包括防风罩，所述防风罩包括大端和小端，所述小端连接于所述锥形管，所述大端朝向所述壳体的燃烧区。

优选地，所述引射器包括增压部、喉部以及渐缩部，所述渐缩部连接于所述喉部，所述喉部连接于所述增压部，所述增压部连接于所述柱形管，且所述增压部连通于所述引射器的喷嘴，所述增压部的外周壁开设有第一通气孔，来自所述阴极尾气进气端的阴极尾气通过所述第一通气孔进入所述柱形管的内腔。

优选地，所述第一通气孔的数量有多个，多个所述第一通气孔沿所述增压部的圆周方向间隔设置，且多个所述第一通气孔环设于所述引射器的喷嘴。

优选地，所述旋流件包括多个旋流片，所述旋流片的一端固定连接于所述引射器的喷嘴外周，另一端固定连接于所述柱形管的内周壁，多个所述旋流片沿所述柱形管的圆周方向间隔设置。

优选地，所述引射器还包括预混部，所述预混部设置有第二通气孔，所述阴极尾气进气端通过所述第二通气孔连通于所述预混部。

优选地，所述第二通气孔的数量有多个，多个所述第二通气孔沿所述预混部的圆周方向间隔设置。

优选地，所述燃料电池双燃料燃烧装置还包括天然气喷嘴，所述预混部具有连通于所述阴极尾气进气端的预混腔体，所述天然气喷嘴设置于所述预混腔体，所述天然气喷嘴连通于所述天然气进气端和所述渐缩部。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供的燃料电池双燃料燃烧装置，在燃料电池系统启动工况，阴极尾气从阴极尾气进气端进入到壳体的内腔，其中一部分阴极尾气进入到引射器的内腔，并与来自天然气进气端的天然气充分混合形成天然气混合气，天然气混合气经引射器的喷嘴喷向混合器的柱形管内，经点火器点火后在壳体的燃烧区燃烧并释放能量。采用天然气引射燃料电池的阴极尾气，双燃料燃烧的特性，能够实现燃料电池启动与平稳运行阶段的复杂工况，引射器内预混天然气停留时间短，能够克服阴极尾气逐步升温带来的自燃问题，不受阴极尾气升温导致天然气预混自燃问题的困扰。另一部分阴极尾气进入到柱形管，阳极尾气通过阳极尾气进气端进入，然后从第一喷射孔进入到柱形管与阴极尾气混合形成贫燃混合气，从第二喷射孔进入到锥形管的阳极尾气形成稳定的火焰并分解贫燃混合气。阴极尾气经过旋流件形成沿壁面的旋转流体进入混合器，能够对混合器起到冷却的作用，防止预混天然气回火或超温对其破坏，同时，补充天然气燃烧的空气，减低火焰核心区的平均温度，使天然气和阳极尾气燃烧更完全，降低污染物的排放。

附图说明

图1为本实用新型实施例中燃料电池双燃料燃烧装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中燃料电池双燃料燃烧装置的内部示意图一；

图3为本实用新型实施例中燃料电池双燃料燃烧装置的内部示意图二。

附图标记：

1、壳体；2、天然气进气端；3、阳极尾气进气端；4、阴极尾气进气端；5、柱形管；6、锥形管；7、第一喷射孔；8、第二喷射孔；9、旋流件；10、套管；11、分配腔；12、防风罩；13、大端；14、小端；15、燃烧区；16、增压部；17、喉部；18、渐缩部；19、第一通气孔；20、预混部；21、预混腔体；22、天然气喷嘴；23、第二通气孔；24、点火器；25、喷嘴；26、支撑杆。

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”、“左”、“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。

如图1-图3所示，在本实施例中，燃料电池双燃料燃烧装置包括壳体1、引射器以及混合器。其中，壳体1上设置有天然气进气端2、阳极尾气进气端3以及阴极尾气进气端4，引射器位于壳体1内，引射器连通于天然气进气端2和阴极尾气进气端4，引射器用于混合来自天然气进气端2的天然气和来自阴极尾气进气端4的阴极尾气。混合器设置于壳体1内，混合器包括柱形管5、锥形管6以及旋流件9，柱形管5的两端分别连通于引射器和锥形管6，旋流件9设置于柱形管5的内部，且旋流件9位于柱形管5的进口端，来自阴极尾气进气端4的阴极尾气能够经过旋流件9进入到柱形管5内，柱形管5和锥形管6分别开设有第一喷射孔7和第二喷射孔8，阳极尾气进气端3通过第一喷射孔7和第二喷射孔8分别连通于柱形管5和锥形管6。

如图1-图3所示，该燃料电池双燃料燃烧装置，在燃料电池系统启动工况，燃料电池的阴极尾气从燃料电池系统的阴极流出，并从阴极尾气进气端4进入到壳体1的内腔，其中一部分阴极尾气从阴极尾气进气端4进入到引射器的内腔，并与来自天然气进气端2的天然气在引射器内充分混合形成天然气混合气，阴极尾气为天然气提供氧化剂，天然气混合气经引射器的喷嘴25喷向混合器的柱形管5内，经点火器24点火后在壳体1的燃烧区15燃烧并释放能量。采用天然气引射燃料电池的阴极尾气，双燃料燃烧的特性，能够实现燃料电池启动与平稳运行阶段的复杂工况，引射器内预混天然气停留时间短，能够克服阴极尾气逐步升温带来的自燃问题，不受阴极尾气升温导致天然气预混自燃问题的困扰。随着循环过程的进行，燃料电池的阴极尾气温度升高，在引射器内进行与天然气混合的危险性增大，因此，另一部分阴极尾气进入到柱形管5，燃料电池的阳极尾气从燃料电池系统的阳极流出，并通过阳极尾气进气端3进入，然后从第一喷射孔7进入到柱形管5与阴极尾气混合形成贫燃混合气，从第二喷射孔8进入到锥形管6的阳极尾气形成稳定的火焰并分解贫燃混合气，若燃烧装置的出口空气温度不足时，对其补充天然气。阴极尾气经过旋流件9形成沿壁面的旋转流体进入混合器，能够对混合器起到冷却的作用，防止预混天然气回火或超温对其破坏，同时，补充天然气燃烧的空气，减低火焰核心区的平均温度，使天然气和阳极尾气燃烧更完全，降低污染物的排放。优选地，第一喷射孔7的中轴线与第二喷射孔8的中轴线呈锐角设置。第一喷射孔7沿柱形管5径向设置，第二喷射孔8沿锥形管6斜置，阴极尾气经过旋流件9形成沿壁面的旋转流体进入混合器，阳极尾气通过第一喷射孔7进入柱形管5并与阴极尾气形成贫燃混合气，阳极尾气通过第二喷射孔8进入锥形管6形成稳定的火焰并分解贫燃混合气。

可选地，燃料电池双燃料燃烧装置还包括套管10和防风罩12，套管10套设于混合器，且套管10连接于阳极尾气进气端3，套管10具有分配腔11，分配腔11分别通过第一喷射孔7和第二喷射孔8连通于柱形管5和锥形管6，防风罩12包括大端13和小端14，小端14连接于锥形管6，大端13朝向壳体1的燃烧区15。当存在天然气燃烧时，燃料电池的阳极尾气通过阳极尾气进气端3进入分配腔11，然后通过第一喷射孔7和第二喷射孔8与预混天然气混合并进行燃烧。当无天然气燃烧时，天然气进气端2不再供应天然气，阴极尾气进入并在旋流件9的作用下形成沿壁面的旋转流体，阳极尾气通过阳极尾气进气端3进入分配腔11，然后分配腔11内的阳极尾气通过第一喷射孔7进入柱形管55并与阴极尾气形成贫燃混合气，分配腔11内的阳极尾气通过第二喷射孔8进入锥形管6形成稳定的火焰并分解贫燃混合气。防风罩12能够降低阴极尾气对火焰根部的破坏，使预混天然气在防风罩12形成回流区，使得负荷调节时，预混天然气的过剩空气系数基本维持不变，保证了天然气燃烧的稳定性，扩展燃烧装置的燃烧适用范围。优选地，防风罩12与锥形管6一体成型设置。

优选地，引射器包括增压部16、喉部17以及渐缩部18，渐缩部18连接于喉部17，喉部17连接于增压部16，增压部16连接于柱形管5，且增压部16连通于引射器的喷嘴25，增压部16的外周壁开设有第一通气孔19，来自阴极尾气进气端4的阴极尾气通过第一通气孔19进入柱形管5的内腔。天然气从天然气进气端2进入引射器，阴极尾气从阴极尾气进气端4进入并与天然气在渐缩部18混合形成天然气混合气，天然气混合气经过喉部17和增压部16增压后，从喷嘴25喷出，并经点火器24点火后在防风罩12和壳体1的燃烧区15燃烧释放能量。采用天然气引射空气，喷嘴25出口流速高，引射器内预混天然气停留时间短，能够克服阴极尾气逐步升温带来的自燃问题。当天然气不供应时，引射器不再引射预混天然气，阴极尾气从第一通气孔19进入柱形管5，并在旋流件9的作用下形成旋转流体，阳极尾气从阳极尾气进气端3进入混合器并与阴极尾气混合燃烧。优选地，第一通气孔19的数量有多个，多个第一通气孔19沿增压部16的圆周方向间隔设置，且多个第一通气孔19环设于引射器的喷嘴25。

可选地，引射器还包括预混部20，预混部20设置有第二通气孔23，阴极尾气进气端4通过第二通气孔23连通于预混部20。第二通气孔23的数量有多个，多个第二通气孔23沿预混部20的圆周方向间隔设置。阴极尾气从阴极尾气进气端4进入到壳体1的内部，并通过多个第二通气孔23进入到预混部20，与来自天然气进气端2的天然气混合，天然气混合气依次沿着渐缩部18、喉部17以及增压部16并通过喷嘴25喷出，在点火器24的作用下进行燃烧。

优选地，燃料电池双燃料燃烧装置还包括天然气喷嘴22，预混部20具有连通于阴极尾气进气端4的预混腔体21，天然气喷嘴22设置于预混腔体21，天然气喷嘴22连通于天然气进气端2和渐缩部18。天然气从天然气进气端2进入，并通过天然气喷嘴22喷向预混部20与来自阴极尾气进气端4的阴极尾气充分混合。

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.燃料电池双燃料燃烧装置，其特征在于，包括：

壳体（1），所述壳体（1）上设置有天然气进气端（2）、阳极尾气进气端（3）以及阴极尾气进气端（4）；

引射器，所述引射器位于所述壳体（1）内，所述引射器连通于所述天然气进气端（2）和所述阴极尾气进气端（4），所述引射器用于混合来自所述天然气进气端（2）的天然气和来自所述阴极尾气进气端（4）的阴极尾气；

混合器，所述混合器设置于所述壳体（1）内，所述混合器包括柱形管（5）、锥形管（6）以及旋流件（9），所述柱形管（5）的两端分别连通于所述引射器和所述锥形管（6），所述旋流件（9）设置于所述柱形管（5）的内部，且所述旋流件（9）位于所述柱形管（5）的进口端，来自所述阴极尾气进气端（4）的阴极尾气能够经过所述旋流件（9）进入到所述柱形管（5）内，所述柱形管（5）和所述锥形管（6）分别开设有第一喷射孔（7）和第二喷射孔（8），所述阳极尾气进气端（3）通过所述第一喷射孔（7）和所述第二喷射孔（8）分别连通于所述柱形管（5）和所述锥形管（6）。

2.根据权利要求1所述的燃料电池双燃料燃烧装置，其特征在于，所述第一喷射孔（7）的中轴线与所述第二喷射孔（8）的中轴线呈锐角设置。

3.根据权利要求1所述的燃料电池双燃料燃烧装置，其特征在于，所述燃料电池双燃料燃烧装置还包括套管（10），所述套管（10）套设于所述混合器，且所述套管（10）连接于所述阳极尾气进气端（3），所述套管（10）具有分配腔（11），所述分配腔（11）分别通过所述第一喷射孔（7）和所述第二喷射孔（8）连通于所述柱形管（5）和所述锥形管（6）。

4.根据权利要求1所述的燃料电池双燃料燃烧装置，其特征在于，所述燃料电池双燃料燃烧装置还包括防风罩（12），所述防风罩（12）包括大端（13）和小端（14），所述小端（14）连接于所述锥形管（6），所述大端（13）朝向所述壳体（1）的燃烧区（15）。

5.根据权利要求1所述的燃料电池双燃料燃烧装置，其特征在于，所述引射器包括增压部（16）、喉部（17）以及渐缩部（18），所述渐缩部（18）连接于所述喉部（17），所述喉部（17）连接于所述增压部（16），所述增压部（16）连接于所述柱形管（5），且所述增压部（16）连通于所述引射器的喷嘴（25），所述增压部（16）的外周壁开设有第一通气孔（19），来自所述阴极尾气进气端（4）的阴极尾气通过所述第一通气孔（19）进入所述柱形管（5）的内腔。

6.根据权利要求5所述的燃料电池双燃料燃烧装置，其特征在于，所述第一通气孔（19）的数量有多个，多个所述第一通气孔（19）沿所述增压部（16）的圆周方向间隔设置，且多个所述第一通气孔（19）环设于所述引射器的喷嘴（25）。

7.根据权利要求6所述的燃料电池双燃料燃烧装置，其特征在于，所述旋流件（9）包括多个旋流片，所述旋流片的一端固定连接于所述引射器的喷嘴（25）外周，另一端固定连接于所述柱形管（5）的内周壁，多个所述旋流片沿所述柱形管（5）的圆周方向间隔设置。

8.根据权利要求6所述的燃料电池双燃料燃烧装置，其特征在于，所述引射器还包括预混部（20），所述预混部（20）设置有第二通气孔（23），所述阴极尾气进气端（4）通过所述第二通气孔（23）连通于所述预混部（20）。

9.根据权利要求8所述的燃料电池双燃料燃烧装置，其特征在于，所述第二通气孔（23）的数量有多个，多个所述第二通气孔（23）沿所述预混部（20）的圆周方向间隔设置。

10.根据权利要求8所述的燃料电池双燃料燃烧装置，其特征在于，所述燃料电池双燃料燃烧装置还包括天然气喷嘴（22），所述预混部（20）具有连通于所述阴极尾气进气端（4）的预混腔体（21），所述天然气喷嘴（22）设置于所述预混腔体（21），所述天然气喷嘴（22）连通于所述天然气进气端（2）和所述渐缩部（18）。