一种固体氧化物燃料电池系统用燃料重整器的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种固体氧化物燃料电池系统用燃料重整器。


背景技术：

2.固体氧化物燃料电池(sofc)是一种可以将燃料中的化学能转化为电能的装置，其工作温度为500～1000℃。由于工作温度高，sofc可以把化石能源、生物质能源转化的碳氢化合物直接作为燃料，通过外部或内部重整反应及电极内的电化学反应，把化学能高效地转化成电能。
3.cn 216250809 u描述了一种固态燃料电池系统用燃料重整器，该重整器包括高温烟气通道及尾气回收通道、原料气进气通道、原料气预热腔、列管式原料气重整通道和重整气加热腔、重整气出气通道。该固态燃料电池系统用燃料重整器通过集成的方式用通道中的高温烟气将原料气预热至重整反应温度，同时为在列管式重整通道中反应的原料气提供重整反应所需的热量，并在重整气流出前将重整气充分加热。该燃料重整器集成换热、重整功能，一体化的设计有利于减小设备体积小，提高换热效率及原料转化率。
4.但是在该结构中，列管式原料气重整通道沿重整器长度方向呈环状分布，两端依靠相对设置的一对重整气加热腔管板固定支撑，同时，高温烟气通道沿重整器长度方向设置并且贯穿重整气加热腔的中部。因此，高温烟气在高温烟气通过区域内的流动行程受重整器长度的限制，导致这种结构不能达到很高的换热效率。同时，因为高温烟气入口通道连通重整气加热腔管板，高温烟气入口通道连通原料气预热腔管板，导致重整气加热腔内有区域不能设置列管式原料气重整通道，导致重整气加热腔的内部空间无法得到充分利用，不利于重整器的小型化。此外，该重整器采用一体化的设计，原料气预热腔端板与原料气预热腔管板固定连接，因此在发生整催化剂失活的情况时无法对催化剂更换，导致整个重整器使用寿命短。


技术实现要素：

5.发明目的：本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种固体氧化物燃料电池系统用燃料重整器，克服了高温烟气在高温烟气通过区域内的流动行程受重整器长度的限制、重整气加热腔的内部空间无法得到充分利用、不便更换催化剂、使用寿命短的缺陷。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种固体氧化物燃料电池系统用燃料重整器，该重整器包括高温烟气入口通道、高温烟气出口通道、重整气加热腔、原料气进料腔、原料气进气通道、重整气出气腔以及重整气出气通道；重整气加热腔的一端与原料气进料腔连通，另一端与重整气出气腔连通；原料气进气通道与原料气进料腔连通；重整气出气通道与重整气出气腔连通；重整气加热腔内设置有高温烟气通过区域和原料气重整通道；原料气重整通道内部设置有用于重整反应的催化剂，原料气进料腔通过原料气重整通道与
重整气出气腔相连通；高温烟气入口通道、高温烟气通过区域、高温烟气出口通道依次连通以使高温烟气流经高温烟气通过区域与原料气重整通道进行热交换；重整气加热腔设置有用于延长高温烟气在高温烟气通过区域内流动行程的折流结构。
7.可选的，所述折流结构是两个以上的交替错位排布的折流板，原料气重整通道贯穿折流板。
8.具体的，所述重整气加热腔包括第一端板、与第一端板相对设置的第二端板以及壳体；第一端盖连接第一端板形成原料气进料腔，第二端盖连接第二端板形成重整气出气腔；原料气重整通道的一端通过第一端板与原料气进料腔连通，另一端通过第二端盖与重整气出气腔连通。
9.进一步的，高温烟气入口通道和高温烟气出口通道均设置于壳体外侧且均与壳体连通；原料气进气通道通过所述第一端盖与原料气进料腔连通；重整气出气通道通过所述第二端盖与重整气出气腔连通。
10.进一步的，所述高温烟气入口通道与壳体连通处位于壳体靠近第二端板的一端，所述高温烟气出口通道与壳体连通处位于壳体靠近第一端板的一端。
11.可选的，还包括快开式紧固密封结构；所述快开式紧固密封结构包括螺母、垫片、开口挡圈、活节定位轴、活节螺栓以及密封弹性接触垫；第一端板外侧设置有一对平行设置的耳板，活节定位轴穿过所述耳板的通孔与所述开口挡圈活动连接，所述活节螺栓的孔眼端活动连接于活节定位轴上；第一端盖的外侧设置有与活节螺栓适配的槽口；活节螺栓的螺纹段上活动连接有垫片和螺母；当第一端盖与第一端板之间的相接处通过活节螺栓旋紧连接时，第一端盖、密封弹性接触垫以及第一端板依次密封抵接。
12.进一步的，在所述高温烟气入口通道内安装有用于使高温烟气分散的导流扇叶。
13.进一步的，所述高温烟气入口通道和高温烟气出口通道内均设置有测温点。
14.具体的，所述催化剂包括低温催化剂和高温催化剂。
15.具体的，还包括与高温烟气入口通道连通的高温烟气入口以及与高温烟气出口通道连通的高温烟气出口。
16.有益效果：
17.(1)本实用新型通过在重整气加热腔设置折流结构，用于延长高温烟气在高温烟气通过区域内流动行程，进而提高转换效率。
18.(2)本实用新型将高温烟气入口通道和高温烟气出口通道均设置于壳体外侧且均与壳体连通；原料气进气通道通过第一端盖与原料气进料腔连通；重整气出气通道通过第二端盖与重整气出气腔连通；与现有的重整器相比，高温烟气入口通道和高温烟气出口通道不占用第一端板和第二端板的面积，使得在不改变重整气加热腔内部空间的情况下，该重整器可以通过在第一端板与第二端板之间进一步增加原料气重整通道30的数量以进一步提高高温烟气的利用率，有利于重整器的结构小型化。
19.(3)与一体化设计相比，本实用新型中第一端盖与第一端板之间的连接处通过快开式紧固密封结构可拆卸地密封连接；当第一端盖与第一端板之间的相接处通过活节螺栓旋紧连接时，第一端盖、密封弹性接触垫以及第一端板依次密封抵接；通过旋松螺母，将垫片上移，再将活节螺栓向外侧转动，取开第一端盖，从而使第一端盖与第一端板快速分离，便于更换原料气重整通道内的催化剂，延长整个重整器的使用寿命。
20.(4)本实用新型在所述高温烟气入口通道内设置用于使高温烟气分散的导流扇叶。导流扇叶焊接在高温烟气入口通道上。高温烟气进到通道内后，导流扇叶将其分散并使其形成旋转的气流。高温烟气以旋转气流形式进入重整器加热腔，分散更均匀，散热更充分。
附图说明
21.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
22.图1为本实用新型的一种固体氧化物燃料电池系统用燃料重整器的一个实施例的结构示意图；
23.图2为本实用新型的一个实施例的折流板的结构示意图；
24.图3为图1所示的快开式紧固密封结构的局部放大图；
25.图4为图1所示的快开式紧固密封结构的主视图；
26.图5为本实用新型的一个实施例的导流扇叶的结构示意图。
具体实施方式
27.本实用新型的附图标记如下：原料气进气通道10、原料气进料腔20、第一端盖2010、原料气重整通道30、低温催化剂3010、高温催化剂3020、重整气加热腔40、第一端板4010、折流板4020、第二端板4030、高温烟气入口温度测点4040、高温烟气出口温度测点4050、导流扇叶4060、高温烟气入口4070、高温烟气入口通道4080、高温烟气出口通道4090、高温烟气出口4100、第二端盖4110、壳体4120、重整气出气通道50、开式紧固密封结构70、螺母7010、垫片7020、开口挡圈7030、活节定位轴7040、活节螺栓7050、孔眼端7060、耳板7070、槽口7080、密封弹性接触垫7090、高温烟气通过区域80、重整气出气腔90。
28.下面参照附图对本实用新型的技术方案进行详细阐述。附图中箭头代表流体流向。
29.参见图1，本实用新型提供了一种固体氧化物燃料电池系统用燃料重整器，该重整器包括高温烟气入口通道4080、高温烟气出口通道4090、重整气加热腔40、原料气进料腔20、原料气进气通道10、重整气出气腔90以及重整气出气通道50。重整气加热腔40的一端与原料气进料腔20连通，另一端与重整气出气腔90连通。原料气进气通道10是外界原料气进入原料气进料腔20的通道，原料气进气通道10与原料气进料腔20连通。重整气出气通道50是向外界提供重整气的通道，重整气出气通道50与重整气出气腔90连通。重整气加热腔40内设置有高温烟气通过区域80和原料气重整通道30。原料气重整通道30是预热后原料气进行催化反应的通道，原料气重整通道30内部设置有用于重整反应的催化剂，原料气进料腔20通过原料气重整通道30与重整气出气腔90相连通。高温烟气入口通道4080、高温烟气通过区域80、高温烟气出口通道4090依次连通以使高温烟气流经高温烟气通过区域80与原料气重整通道30进行热交换。高温烟气在高温烟气通过区域80内为重整反应提供所需热量。为了提高换热效率，重整气加热腔40设置有用于延长高温烟气在高温烟气通过区域80内流动行程的折流结构。
30.在本实用新型的一些实施例中，参见图1和图2，所述折流结构为两个以上、交替错
位排布的折流板4020，原料气重整通道30贯穿折流板4020。
31.具体的，参见图1，所述交替错位排布是指，相邻折流板4020之间相平行且沿原料气重整通道30方向依次排布，并且折流板4020沿原料气重整通道30轴线的圆周方向依次错开一定角度。原料气重整通道30贯穿折流板4020。料气重整通道30优选为垂直贯穿折流板4020。折流板4020增加了高温烟气在高温烟气通过区域80内流动的湍流程度，使高温烟气垂直流经原料气重整通道30外壁，使两者之间形成错流接触换热。另一方面，折流板4020可采用导热系数高的板材，高温烟气的一部分热量通过折流板4020以热传导的方式传递给原料气重整通道30。由此，提高了该重整器的传热效率。
32.在本实用新型的一些实施例中，参见图1，所述重整气加热腔40包括第一端板4010、与第一端板4010相对设置的第二端板4030以及壳体4120。第一端盖2010连接第一端板4010形成原料气进料腔20，第二端盖4110连接第二端板4030形成重整气出气腔90。原料气重整通道30的一端通过第一端板4010与原料气进料腔20连通，另一端通过第二端盖4110与重整气出气腔90连通。
33.由此，高温烟气通过区域80由第一端板4010、第二端板4030、壳体4120内侧壁以及原料气重整通道30外侧壁围合而成。
34.在本实用新型的一些实施例中，参见图1，所述高温烟气入口通道4080和高温烟气出口通道4090均设置于壳体4120外侧且均与壳体4120连通。原料气进气通道10通过第一端盖2010与原料气进料腔20连通。重整气出气通道50通过第二端盖4110与重整气出气腔90连通。
35.与将高温烟气入口通道4080和高温烟气出口通道4090设置于原料气重整通道30两端的方式相比，通过将高温烟气入口通道4080和高温烟气出口通道4090均设置于壳体4120外侧，与现有的重整器相比，不占用第一端板4010与第二端板4030的面积，使得在不改变重整气加热腔40内部空间的情况下，该重整器可以通过在第一端板4010与第二端板4030之间进一步增加原料气重整通道30的数量以进一步提高高温烟气的利用率，有利于重整器的结构小型化。
36.优选的，参见图2，原料气重整通道30呈蜂窝状分布于第一端板4010与第二端板4030之间。
37.在本实用新型的一些实施例中，参见图1，所述高温烟气入口通道4080与壳体4120连通处位于壳体4120靠近第二端板4030的一端，所述高温烟气出口通道4090与壳体4120连通处位于壳体4120靠近第一端板4010的一端。
38.由此，高温烟气在高温烟气通过区域80内流动的方向与原料气重整通道30内气体流动的方向大体形成逆流布置，用于进一步提高换热效率。
39.在本实用新型的一些实施例中，参见图1和图3，第一端盖2010与第一端板4010之间的连接处通过快开式紧固密封结构70可拆卸地密封连接，以便于更换原料气重整通道30内的催化剂。
40.具体的，参见图4，所述快开式紧固密封结构70包括螺母7010、垫片7020、开口挡圈7030、活节定位轴7040以及活节螺栓7050。第一端板4010外侧设置有一对平行设置的耳板7070，活节定位轴7040穿过耳板7070的通孔与开口挡圈7030活动连接，活节螺栓7050的孔眼端7060活动连接于活节定位轴7040上。第一端盖2010的外侧设置有与活节螺栓7050适配
的槽口7080。活节螺栓7050的螺纹段上活动连接有垫片7020和螺母7010。第一端盖2010与第一端板4010之间的相接处通过活节螺栓7050旋紧连接。通过旋松螺母7010，将垫片7020上移，再将活节螺栓7050向外侧转动，取开第一端盖2010，从而使第一端盖2010与第一端板4010快速分离。
41.参见图3，第一端盖2010与第一端板4010之间的相接处还设置有密封弹性接触垫7090。当第一端盖2010与第一端板4010之间的相接处通过活节螺栓7050旋紧连接时，第一端盖2010、密封弹性接触垫7090以及第一端板4010依次密封抵接。
42.采用该快开式紧固密封结构70，使得第一端盖2010与第一端板4010之间的密封连接与分离操作更便利和快捷。
43.在本实用新型的一些实施例中，参见图1和图5，在所述高温烟气入口通道4080内设置用于使高温烟气分散的导流扇叶4060。导流扇叶4060焊接在高温烟气入口通道4080上。优选的，导流扇叶4060的轴线与高温烟气入口通道4080的轴线位于同一轴线上。高温烟气进到高温烟气入口通道4080内后，导流扇叶4060将其分散并使其形成旋转的气流。高温烟气以旋转气流形式进入重整气加热腔40，分散更均匀，散热更充分。
44.在本实用新型的一些实施例中，高温烟气入口通道4080和高温烟气出口通道4090内均设置有测温点。
45.具体的，参见图1，高温烟气入口通道4080内设置有高温烟气入口温度测点4040，高温烟气出口通道4090内设置有高温烟气出口温度测点4050。
46.在本实用新型的一些实施例中，所述催化剂包括低温催化剂3010和高温催化剂3020。低温催化剂3010与高温催化剂3020填充比例与催化剂性能有关，通常取1：1。
47.在本实用新型的一些实施例中，还包括与高温烟气入口通道4080连通的高温烟气入口4070以及与高温烟气出口通道4090连通的高温烟气出口4100。
48.本实用新型提供了一种固体氧化物燃料电池系统用燃料重整器的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。