[發(fā)明專利]復(fù)合燃燒反應(yīng)器、燃料電池系統(tǒng)及其復(fù)用燃燒方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711440052.0
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108199059B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉爽;黃偉光
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海高等研究院
• 主分類號: H01M8/04014
• 分類號: H01M8/04014;H01M8/04225;H01M8/0668
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發(fā)明提供一種復(fù)合燃燒反應(yīng)器、燃料電池系統(tǒng)及其復(fù)用燃燒方法，包括：殼體；位于殼體頂層的預(yù)混腔，混合陽極、陰極尾氣；位于預(yù)混腔下層的催化燃燒腔，對通入的氣體進行催化反應(yīng)或燃燒反應(yīng)；位于催化燃燒腔下層的隔火腔，保護所述催化燃燒腔；位于隔火腔下層的燃燒腔，用于進行燃燒反應(yīng)。當(dāng)燃料電池系統(tǒng)啟動時，燃料與空氣充分混合后在隔火腔的下游穩(wěn)定燃燒；當(dāng)系統(tǒng)正常運行時，低可燃成分的燃料與低氧含量的空氣經(jīng)過混合后進行催化后發(fā)生氧化反應(yīng)。本發(fā)明將明火燃燒反應(yīng)與催化燃燒反應(yīng)進行了整合，可適應(yīng)燃料電池系統(tǒng)不同運行條件下尾氣成分變化所導(dǎo)致的對燃燒器適應(yīng)范圍的巨大要求，從而大大地提高了整個系統(tǒng)的集成度及能量利用效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃燒領(lǐng)域，特別是涉及一種復(fù)合燃燒反應(yīng)器、燃料電池系統(tǒng)及其復(fù)用燃燒方法。

背景技術(shù)

燃料電池發(fā)電系統(tǒng)是一種新型發(fā)電裝置，是一種將儲存在燃料中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化成電能的化學(xué)發(fā)電裝置。

燃料電池發(fā)電系統(tǒng)作為將燃料從化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能和熱能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其高效率、無污染等優(yōu)點，已經(jīng)使其成為最具有潛力的重要能量轉(zhuǎn)換工具之一。

典型的燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括燃料處理系統(tǒng)、燃料電池本體發(fā)電系統(tǒng)、直交流電轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)，所需要的設(shè)備包括壓縮機、蒸汽發(fā)生器、重整器、換熱器以及燃燒器等。

燃料電池系統(tǒng)啟動時，因系統(tǒng)整體處于常溫狀態(tài)需要通過燃燒一部分燃料來給重整系統(tǒng)、電池堆等提供能量使之被預(yù)熱，逐步達到所需的溫度條件。另一方面因電池堆正常工作時對燃料利用率有一定的限制，電池堆尾氣中所包含的一部分燃料必須通過燃燒反應(yīng)消除，以滿足環(huán)境保護的要求。而此時的尾氣中燃料成分很少，難以用通常的燃燒方法來去除。一般的解決方案是設(shè)計兩種燃燒反應(yīng)器分別對應(yīng)燃料電池系統(tǒng)的啟動條件及穩(wěn)定發(fā)電過程等不同的系統(tǒng)運行條件，這樣雖然可以降低燃料成分變化巨大時對燃燒器的要求，然而也導(dǎo)致了系統(tǒng)復(fù)雜，且易與系統(tǒng)中其它部件產(chǎn)生結(jié)構(gòu)干涉，帶來優(yōu)化控制難、系統(tǒng)成本高等一系列的問題。

如果能開發(fā)一種燃燒器能適應(yīng)燃料電池系統(tǒng)運行過程中燃料成分變化巨大的狀況，則可大大提高整個系統(tǒng)的集成度及帶來控制、傳熱等一系列的優(yōu)勢。因此，開發(fā)一種能適應(yīng)燃料電池系統(tǒng)運行過程中燃料成分變化巨大的燃燒器，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的重要技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合燃燒反應(yīng)器、燃料電池系統(tǒng)及其復(fù)用燃燒方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中兩種燃燒反應(yīng)器分別工作導(dǎo)致的系統(tǒng)復(fù)雜，且易與系統(tǒng)中其它部件產(chǎn)生結(jié)構(gòu)干涉，帶來優(yōu)化控制難、系統(tǒng)成本高問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種復(fù)合燃燒反應(yīng)器，所述復(fù)合燃燒反應(yīng)器至少包括：

殼體，設(shè)置于所述殼體內(nèi)的預(yù)混腔，催化燃燒腔，隔火腔以及燃燒腔；

所述殼體為中空腔體，所述殼體的頂部設(shè)置有陽極尾氣進口及陰極尾氣進口，所述殼體的尾部設(shè)置有煙氣出口；

所述預(yù)混腔設(shè)置于所述殼體的頂層，具有第一多孔結(jié)構(gòu)，與所述陽極尾氣進口及所述陰極尾氣進口連通，用于混合陽極尾氣及陰極尾氣；

所述催化燃燒腔設(shè)置于所述預(yù)混腔的下層，具有第二多孔結(jié)構(gòu)，所述第二多孔結(jié)構(gòu)包括催化材質(zhì)，用于將對通入的氣體進行催化反應(yīng)或燃燒反應(yīng)；

所述隔火腔設(shè)置于所述催化燃燒腔的下層，具有第三多孔結(jié)構(gòu)及位于所述第三多孔結(jié)構(gòu)下層的隔火板，所述隔火板用于支撐所述第一多孔結(jié)構(gòu)、所述第二多孔結(jié)構(gòu)及所述第三多孔結(jié)構(gòu)，并將明火火焰限制于所述燃燒腔內(nèi)；

所述燃燒腔設(shè)置于所述隔火腔的下層，所述燃燒腔中設(shè)置有點火裝置，用于進行燃燒反應(yīng)。

優(yōu)選地，所述殼體為柱形或錐形。