[發明專利]具有燃料電池尾氣催化燃燒功能的燃燒器及應用

在審

• 申請號: 201611050336.4
• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN108123151A
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發明（設計）人: 程謨杰;涂寶峰;崔大安;區定容;王萌;趙哲
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M8/04014
• 分類號: H01M8/04014;H01M8/12
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.具有燃料電池尾氣催化燃燒功能的燃燒器，該燃燒器包括：多孔陶瓷催化燃燒管(2)、高溫燃料管(3)、密閉的外殼(7)、耐高溫隔板(12)；

管型燃料電池包括一下端密閉、上端開口的多孔U型陽極支撐結構，于U型支撐結構的外壁面上依次設有電解質層和陰極層；U型支撐結構置于一密閉腔室內，U型支撐結構開口端與密閉腔室外部相連通，開口端外壁面與密閉腔室密閉連接，于密閉腔室上設有空氣入口；

催化燃燒管(2)置于外殼(7)內部，于外殼(7)上設有作為燃料尾氣入口的通孔，催化燃燒管(2)一端與燃料尾氣入口密閉連接；于外殼(7)上設有作為空氣尾氣入口的通孔，于外殼(7)上設有作為尾氣排出口的通孔；外殼(7)內的腔室作為燃燒腔(1)

高溫燃料管(3)一端穿過外殼(7)及催化燃燒管(2)經燃料尾氣入口與管型燃料電池的U型支撐結構的下部，高溫燃料管(3)另一端與密閉的燃料氣公共流腔(9)相連，燃料氣公共流腔(9)通過管路與燃料氣氣源相連；

空氣尾氣入口通過空氣尾氣流道管(5)經密閉的空氣尾氣收集腔(13)與管型燃料電池的密閉腔室相連；

燃燒器通過空氣尾氣流道管(5)與空氣尾氣收集腔(13)相連通；燃料電池的燃料氣在燃料氣公共流腔(9)通過高溫燃料管(3)穿過催化燃燒腔(1)到達管型燃料電池的陽極；燃料電池的燃料尾氣經密閉的燃料收集腔(11)和燃料尾氣入口與高溫燃料管(3)之間的空隙進入催化燃燒管(2)，再進入外殼(7)內，燃料尾氣和空氣尾氣于燃燒器內接觸燃燒。

2.按照權利要求1所述的燃燒器，其特征在于：

所述燃燒腔(1)內含有燃燒催化劑，它至少有一部分位于催化燃燒管和/或處于燃燒腔內的高溫燃料管的外壁，其余部分位于殼體內腔壁上，用于催化從電池中流出的空氣和未反應的燃料尾氣燃燒反應，釋放出熱量，加熱流向電池反應腔的燃料，為吸熱的燃料重整反應提供熱量。

3.按照權利要求2所述的燃燒器，其特征在于：

該催化燃燒管(2)為多孔陶瓷管，此多孔陶瓷管上浸涂有燃燒催化劑，此多孔陶瓷管的孔隙率為2-90％，其中5-80％較好，10-70％最好。

4.按照權利要求2所述的燃燒器，其特征在于：

催化燃燒管(2)是以氧化鋁和/或鈰基復合氧化物中的一種或多種構成管狀多孔載體；燃燒催化劑負載于管狀多孔載體上，燃燒催化劑包括以至少一種鉑系金屬元素作為主活性成份，不添加或同時還可以添加元素周期表中第四周期VIII族元素中至少一種作為輔活性成份，和/或不添加或同時添加至少一種堿金屬元素或堿土金屬元素作為助劑；

其中，鉑系金屬元素為釕、銠、鈀、鋨、銥、鉑中的一種或多種，鉑系金屬在多孔載體上的重量含量為0.01～10％。

5.按照權利要求4所述的燃燒器，其特征在于：

多孔載體材料為活性氧化鋁中的θ-Al₂O₃、δ-Al₂O₃、γ-Al₂O₃、鈰基復合氧化物中的CeO₂，CeZrO₂,LaCeZrO₂一種或兩種以上復合載體；催化劑層厚度為1-100微米。

6.按照權利要求4所述的燃燒器，其特征在于：

于燃燒器的外殼(7)外設有保溫外裹(8)；所述燃料收集腔(11)與空氣尾氣收集腔(13)相互貼接，它們通過耐高溫隔板(12)間隔。

7.一種權利要求1-6任一所述的燃燒器的應用，其特征在于：

所述燃燒器，燃料電池的空氣尾氣通過空氣尾氣流道管(5)進入燃燒腔(1)；燃料電池的燃料氣在燃料氣公共流腔(9)通過高溫燃料管(3)穿過燃燒腔(1)到達管型電池；燃料電池的燃料尾氣從燃料收集腔(11)經過燃料尾氣入口和高溫燃料管(3)之間的空隙進入催化燃燒管(2)，最后進入燃燒腔(1)；燃燒腔(1)內含有燃燒催化劑，催化燃燒尾氣，釋放熱量，高溫燃料管內有燃料重整催化劑，催化重整燃料氣，實現重整反應與燃燒反應的熱量耦合，可大大提高陽極支撐管型固體氧化物燃料電池系統的發電效率和系統總能利用效率。