用于燃料电池系统的蒸汽生成器技术方案

用于燃料电池系统的蒸汽生成器，该蒸汽生成器具有：带有至少一个内部热交换表面的热交换器(34)、水流入管(46)、具有流体地连接至水流入管(46)的流动通道的滴头(52)。滴头(52)在热交换器(52)内部、在热交换表面上方延伸，用于将水向下供给到热交换表面以转化成蒸汽。滴头(52)具有沿流动通道间隔开的出口孔(56)，并且在相邻的出口(孔56)之间，滴头至少在该滴头的下侧具有台阶状轮廓，以防止来自相邻的孔的液滴聚结。燃料流入管可以具有与水流入管(46)的一部分同轴地安装的区段。燃料流入管的该区段可以包围水流入管的该部分。在具有蒸汽生成器的燃料电池系统中，蒸汽生成器可以包括燃料流入管和组合的蒸汽和燃料出口以及直接地或间接地连接在蒸汽生成器下游的重整器。间接地连接在蒸汽生成器下游的重整器。间接地连接在蒸汽生成器下游的重整器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于燃料电池系统的蒸汽生成器


[0001]本专利技术涉及用于燃料电池系统的蒸汽生成器、包括该蒸汽生成器或蒸汽燃料加热器的燃料电池系统、以及使用该蒸汽生成器来生成蒸汽或被加热的蒸汽和燃料的方法。

技术介绍

[0002]燃料电池系统通常包括燃料电池堆、用于完全地或部分地重整入口燃料(以使氢气或合成气(重整物)供应到燃料电池堆)的重整器，以及将蒸汽和燃料供给到重整器的蒸汽生成器。重整物一旦连同氧化剂一起分别在燃料电池堆内的燃料电池的电化学活性层的任一侧被供应到电池堆，就会经历电化学反应以产生热(热的流出气体)和电。
[0003]在许多燃料电池系统中，所生成的热经由热交换器而被用于操作蒸汽生成器和重整器两者。
[0004]在一些燃料电池系统中，没有单独的重整器——其中在电池堆内发生重整。

技术实现思路

[0005]从燃料电池堆(stack)生成的电的量需要是可控的。为了增加电输出，需要向燃料电池堆供应更多的燃料或重整物(reformate)，或者需要改变电池堆内的操作条件(例如，以提高电池堆的效率)。对于前一种途径，重要的是确保在没有过大的压力脉动、并且具有一致的燃料对蒸汽比率、没有大的温度变化的情况下供应燃料或重整物。此外，优选的是，重整物或燃料以可控的速率供应，能够根据需要而改变，具有最小的时间滞后。为了实现这些，如果存在重整器(reformer)的话，则该重整器需要以最小的压力脉动并且没有时间滞后来被供应被加热的燃料和蒸汽。因此，本专利技术涉及提供一种改进的蒸汽生成器，该改进的蒸汽生成器用于实现燃料/蒸汽混合物至重整器或燃料电池堆的可控的和均匀的输送，从而最好地实现由于燃料侧的成分或压力变化所引起的电池堆电压的最小波动。
[0006]根据本专利技术，提供一种用于燃料电池系统的蒸汽生成器，所述蒸汽生成器包括：
[0007]热交换器，所述热交换器具有至少一个内部热交换表面；
[0008]水流入管；
[0009]滴头，所述滴头包括流体地连接至所述水流入管的流动通道，所述滴头在所述热交换器内部、在所述热交换表面上方延伸，以用于将水向下供给到所述热交换表面以转化为蒸汽；
[0010]其中，所述滴头包括沿所述流动通道的长度间隔开的多个出口孔；并且
[0011]其中，当在横截面中观察时，在相邻的出口孔之间，所述滴头至少在该滴头的下侧具有台阶状轮廓，以防止来自相邻的孔的液滴聚结。
[0012]通过“至少在该滴头的下侧具有台阶状轮廓”指在滴头的至少下半部上、在不同高度处具有台阶状的表面。台阶状的表面或台阶(例如，由拐角或肩部划定的水平)促进表面张力效应，该表面张力效应可以防止液滴扩散超出台阶表面——例如，当液滴通过表面张力被保持为液滴时，该液滴将由于重力的拉动抵抗表面张力效应而不会倾向于向上爬升。
[0013]拐角或肩部可以包括凸形的拐角或肩部，并且优选地是尖锐的拐角或肩部。它们可以由两个(优选地，平坦的)表面相交来形成，该两个表面是下表面(径向上的外表面)和上升表面(例如，“向上”延伸的表面——从下表面朝向滴头的轴线延伸的表面，由于重力该液滴将不会倾向于爬升，而是倾向于在下表面上保持液滴)。
[0014]下表面可以具有(最靠近孔的)内肩部和(背对孔的)外肩部。然后，下表面可以具有两个凸形拐角。水液滴在离开孔时将靠在内肩部上形成，并且可以在到达外肩部之前在下表面上生长。然而，由于从外肩部向上延伸的上升表面形成了这种前进的重力屏障，因此液滴将不倾向于扩散太超出外肩部。
[0015]在其他实施例中，孔可以在下表面中，由此在下表面的(背对孔的)侧部可以存在单个凸形的肩部。该单个凸形的肩部可以是围绕孔的环形的，或者该单个凸形的肩部可以是沿滴头的轴线间隔开的在孔的两侧的一对肩部中的一个肩部。
[0016]尽管在实践中该凸形相交部或每个凸形相交部、拐角或肩部可以是圆形的(rounded)，但优选的是基本上有角度的，即尖锐的。然而，相交部可以或多或少是圆形的。相交部(即，拐角或肩部)的角度或尖锐度可以由该相交部/拐角/肩部在横截面中的曲率半径或通过该相交部/拐角/肩部的所感知的尖锐度来限定——即，(在截面中)看起来像相交线，而不是弯曲的拐角。在可以被感知为具有一半径的情况下，理想情况下，它在截面中仍将具有小于0.5mm的半径。然而，可以替代地提供更圆形的相交部、拐角或肩部，例如(在横截面中的)半径高达与该相交部、拐角或肩部相关联的孔的直径或最长宽度的一半。
[0017]可替代地，它可以具有高达台阶的高度的40％的半径，如垂直于滴头的轴线(或平行于孔的轴线)测量的。然而，更优选地，相交部、拐角或肩部的半径将不超过该高度的20％，或者甚至不超过该高度的10％或5％。
[0018]台阶表面可以具有选定的尺寸和形状，以允许液滴生长到合适的尺寸，以使得控制蒸汽的生成并且做出响应，但是同时防止过大的液滴尺寸，从而防止或最小化来自相邻的孔的液滴之间的任何聚结的可能性。这也可以通过要求选定的范围的水流量和选定的孔尺寸来控制。
[0019]在使用中，孔优选地沿着滴头横向地或者在热交换器内选择性地定位，以定位在期望将液滴滴落到其上的相应的热交换表面上方，即，孔被定位成使得热交换表面在孔下方，从而使液滴能够直接滴落到热交换表面上。
[0020]提供孔以呈现水液滴，并且因此通常具有至少0.2mm的直径，并且更优选地具有至少0.3mm的直径。由此形成的液滴将大于孔的直径，并因此通常在至少0.5mm宽，这是因为液滴在重力作用下从(一个或多个)孔落向热交换表面以转化为蒸汽，并且更常见地为至少1mm宽。液滴不是雾化的水喷雾。液滴也不是液滴蒸汽。(带有出口孔的头部毕竟是滴头，而不是雾化器或喷雾喷嘴，由此水在重力的影响下作为液体而不是气体从该滴头滴落，并且作为滴落而不是喷雾从该滴头滴落。)
[0021]相邻的出口孔之间的台阶状轮廓可以包括在所述热交换表面上方的在不同高度处的至少两个台阶表面。通常，相邻的出口孔分别设置在台阶表面上，其中这些表面之间的至少一个台阶表面在所述热交换表面上方的不同高度处。通常，相邻的出口孔分别设置在热交换表面上的相同高度处的台阶表面上。
[0022]除了凸形的相交部、拐角或肩部之外，还可以存在凹形的拐角或相交部，所述凹形
的拐角或相交部在相邻的孔之间限定大致平行于滴头的轴线延伸的上表面。凹形的拐角同样可以是尖锐的或有角度的，或圆角的，类似于凸形的相交部、拐角或肩部，或者在横截面中具有与相邻的凸形的相交部、拐角或肩部相同的角度或半径，或者在截面中具有不同的半径或角度。然而，优选地，它会落在类似的半径范围内。
[0023]在大多数示例中，上表面的长度横跨滴头中相邻孔的相邻台阶的相反的上升表面之间。该跨度限定了相邻台阶的相反上升表面之间的间隙(通常，>2mm或>3mm)。
[0024]上表面可以包括一个或多个平面的表面，或者上表面可以围绕滴头的轴线是弯曲的。
[0025]优选地，从台阶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于燃料电池系统的蒸汽生成器，所述蒸汽生成器包括：热交换器，所述热交换器具有至少一个内部热交换表面；水流入管；滴头，所述滴头包括流体地连接至所述水流入管的流动通道，所述滴头在所述热交换器内部、在所述热交换表面上方延伸，用于将水向下供给到所述热交换表面以转化为蒸汽；其中，所述滴头包括沿所述流动通道的长度间隔开的多个出口孔；并且其中，当在横截面中观察时，在相邻的出口孔之间，所述滴头至少在该滴头的下侧具有台阶状轮廓，以防止来自相邻的孔的液滴聚结。2.根据权利要求1所述的蒸汽生成器，其中，相邻的出口孔之间的所述台阶状轮廓包括在所述热交换表面上方的不同高度处的至少两个台阶表面。3.根据权利要求2所述的蒸汽生成器，其中，所述相邻的出口孔分别设置在台阶表面上，其中这些台阶表面之间的至少一个台阶表面位于所述热交换表面上方的不同高度处。4.根据权利要求3所述的蒸汽生成器，其中，所述相邻的出口孔分别设置在形成向外朝向下方的所述热交换表面突出的结构的一部分的台阶表面上，所述台阶表面可选地具有选定的尺寸和形状以促进合适尺寸的液滴的生长。5.根据权利要求4所述的蒸汽生成器，其中，所述相邻的出口孔设置在相应的突出结构中，所述突出结构与所述滴头一体地形成并且通过凹槽或通道彼此分离开。6.根据权利要求1至3中任一项所述的蒸汽生成器，其中，每个出口孔通过至少一个隔挡件与相邻的出口孔分隔开，所述至少一个隔挡件相对于所述出口孔向外突出。7.根据权利要求6所述的蒸汽生成器，其中，每个出口孔具有与该出口孔相关联的相应的一对隔挡件，所述一对隔挡件沿所述滴头在轴向上布置在每个孔的两侧，以将该出口孔与相邻的孔分隔开。8.根据权利要求7所述的蒸汽生成器，其中，所述一对隔挡件包括平行的侧壁。9.根据权利要求6至8中任一项所述的蒸汽生成器，其中，所述隔挡件是所述滴头的一体结构。10.根据权利要求6至9中任一项所述的蒸汽生成器，其中，所述隔挡件部分地围绕所述滴头的周边或外周延伸。11.根据权利要求10所述的蒸汽生成器，其中，所述隔挡件限定向外突出的弧形肩部。12.根据权利要求6至9中任一项所述的蒸汽生成器，其中，所述隔挡件一直围绕所述滴头的周边或外周延伸。13.根据权利要求6至8中任一项所述的蒸汽生成器，其中，所述隔挡件包括安装在所述滴头上的单独部件。14.根据权利要求13所述的蒸汽生成器，其中，所述滴头包括管状端部区段，并且所述隔挡件包括安装在所述管状端部区段上的成对的垫片，每对垫片中的一个垫片位于所述管状端部区段的出口孔的近侧，并且每对垫片中的另一个垫片位于所述管状端部区段的出口孔的远侧。15.根据任一前述权利要求所述的蒸汽生成器，其中，所述滴头是能够移除或能够更换的部件。16.根据任一前述权利要求所述的蒸汽生成器，其中，所述出口孔沿所述滴头的下半部
或下侧设置在间隔开的轴向位置处。17.根据任一前述权利要求所述的蒸汽生成器，还包括燃料流入管，其中所述蒸汽生成器被配置成在使用期间在所述蒸汽生成器内部将燃料与所述蒸汽组合。18.根据权利要求17所述的蒸汽生成器，其中，所述燃料流入管具有同轴地安装到所述水流入管的一部分的区段。19.根据权利要求18所述的蒸汽生成器，其中，所述燃料流入管的所述区段包围所述水流入管的所述部分。20.一种用于燃料电池系统的蒸汽生成器，所述蒸汽生成器包括：热交换器，所述热交换器具有至少一个内部热交换表面；水流入管；燃料流入管；和滴头，所述滴头流体地连接到所述水流入管，所述滴头在所述热交换器内部、在所述热交换表面上方延伸，用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁，
申请(专利权)人：塞瑞斯知识产权有限公司，
类型：发明
国别省市：