本發(fā)明涉及一種固體氧化物燃料電池發(fā)電裝置，尤其涉及一智能燃燒器加熱的可移動固體氧化物燃料電池發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
固體氧化物燃料電池(SOFC)是一個將碳?xì)淙剂现械幕瘜W(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電裝置。這里所謂的碳?xì)淙剂习ǎ禾烊粴?、煤氣、汽油或柴油等。利用SOFC進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換沒有燃燒和機(jī)械過程，從而極大地提高了能量轉(zhuǎn)化效率，而且安靜、可靠，對電力的質(zhì)量有良好的保證。根據(jù)用電的需求，SOFC可以靈活地增加或減小電站的供電能力。SOFC是一個獨(dú)立的發(fā)電系統(tǒng)，可以方便地應(yīng)用于需要電力的地方，而不需配備昂貴的電力傳輸系統(tǒng)。這一特點(diǎn)對于電網(wǎng)所不能及的偏遠(yuǎn)地區(qū)、移動設(shè)施、野外勘探與施工、軍事或警務(wù)行動等顯得尤為重要。
氣體燃燒器是將燃?xì)馀c空氣合理混合，使燃料穩(wěn)定著火和完全燃燒的設(shè)備。自由火焰為特征的氣體空間燃燒，火焰面附近溫度梯度很陡而且分布不均。為了提高燃燒效率、擴(kuò)展可燃極限、節(jié)約燃料，可在燃燒器設(shè)計(jì)上進(jìn)行改進(jìn)，使得火焰在流動范圍內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定燃燒。一般烷類燃燒器爐膛溫度場可輕松達(dá)到約1000℃。該溫度很容易滿足中低溫SOFC電堆工作溫度(600℃-700℃)的需求。由于SOFC電堆對燃料氣適應(yīng)性廣，一般氣體燃燒器用燃?xì)饨?jīng)簡單改質(zhì)后，可作為其燃料。因此，SOFC電堆和氣體燃燒器兩種技術(shù)在協(xié)同工作方面，有很強(qiáng)的耦合性。
目前SOFC及燃燒器的燃料共用型的研究還處于實(shí)驗(yàn)室階段，對于可移動、燃料便攜式SOFC的設(shè)備研究更是鮮有提及。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為無需外接電源條件下，提供一種智能燃燒器加熱的可移動SOFC發(fā)電裝置。本發(fā)明提出智能燃燒器加熱的可移動固體氧化物燃料電池發(fā)電裝置
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的，智能燃燒器加熱的可移動固體氧化物燃料電池發(fā)電裝置，包括
空柱形燃燒腔；
與所述空柱形燃燒腔相連的燃?xì)馔ǖ溃鋈細(xì)馔ǖ肋B接有助燃風(fēng)氣路、燃?xì)鈿饴泛驼{(diào)溫風(fēng)氣路，所述燃?xì)馔ǖ纼?nèi)設(shè)有燃?xì)鈬婎^及點(diǎn)火裝置，所述燃?xì)鈿饴飞显O(shè)有流量控制閥；
設(shè)置在所述空柱形燃燒腔內(nèi)的SOFC電堆；
微控制單元，所述微控制單元包括MCU控制單元、用于測量SOFC電堆功率的輸出功率采樣器、用于測量負(fù)載運(yùn)行變量的負(fù)載運(yùn)行變量采樣器、連接所述輸出功率采樣器和負(fù)載運(yùn)行變量采樣器的第一比較器、用于測量燃?xì)饬髁康娜細(xì)饬髁坎蓸悠?、連接所述流量采樣器和MCU控制單元的第二比較器、連接所述第二比較器的數(shù)模轉(zhuǎn)換器及驅(qū)動模塊，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器及驅(qū)動模塊連接所述燃?xì)鈿饴返娜細(xì)饬髁靠刂崎y；
連接所述SOFC電堆的不間斷電源(UPS)；
設(shè)置在所述空柱形燃燒腔內(nèi)的溫度傳感器；和
SOFC供氣氣路，所述SOFC供氣氣路連接所述燃?xì)鈿饴泛蚐OFC電堆，且依次設(shè)有欠氧化重整流量控制閥、除硫裝置和重整室；
其中所述空柱形燃燒腔外壁上設(shè)有熱風(fēng)回收通道，所述熱風(fēng)回收通道連接所述重整室，空柱形燃燒室和重整室之間的熱風(fēng)回收通道上設(shè)有熱風(fēng)回收通道電磁閥。
進(jìn)一步地，所述MCU控制單元連接有報(bào)警器和時鐘發(fā)生器。
進(jìn)一步地，所述空柱形燃燒腔內(nèi)壁上設(shè)有密集熱風(fēng)微孔。
更進(jìn)一步地，所述空柱形燃燒腔外壁上設(shè)有均風(fēng)軸，所述燃?xì)馔ǖ劳ㄟ^所述均風(fēng)軸連接所述空柱形燃燒腔。
進(jìn)一步地，所述燃?xì)鈿饴飞弦来卧O(shè)置有燃?xì)鈿饴肥謩娱y、燃料流量控制閥、過濾器、空燃比例閥、熱電偶和火焰?zhèn)鞲衅鳌?/p>
進(jìn)一步地，所述助燃風(fēng)氣路上依次設(shè)有助燃風(fēng)手動閥、助燃風(fēng)電磁閥和助燃風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)。
進(jìn)一步地，所述燃?xì)馔ǖ篮涂罩稳紵恢g設(shè)置有燃?xì)馔ǖ离姶砰y。
進(jìn)一步地，所述燃?xì)鈿饴分械娜細(xì)鉃榧淄?、乙烷和丙烷中的一種或其混合物。
進(jìn)一步地，所述重整室設(shè)有冷風(fēng)出口，用于排出低溫廢氣。
進(jìn)一步地，所述熱風(fēng)回收通道電磁閥與空柱形燃燒室之間的熱風(fēng)回收通道上設(shè)有熱風(fēng)回收通道手動閥。
本發(fā)明的有益效果在于，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、本發(fā)明自帶的UPS電源可為電控系統(tǒng)供電，無需外接電源，方便移動；
2、空柱形型燃燒腔內(nèi)壁開有規(guī)則排布微型熱風(fēng)入口，其外壁設(shè)有均風(fēng)軸，且柱形軸附近開有熱風(fēng)回收口，均風(fēng)軸和大量微型熱風(fēng)入口，可保證燃燒腔恒溫區(qū)穩(wěn)定，溫度可控，柱形軸附近熱風(fēng)回收口通過有隔熱層的不銹管與重整室相連通，可回收廢熱風(fēng)余熱供燃?xì)庵卣褂茫?/p>
3、維持空柱型燃燒器恒溫區(qū)較高工作溫度(600℃-700℃)，燃?xì)馔分腥細(xì)庀臉O大，通過微控制單元及其連帶的第一比較器和第二比較器，采集分析負(fù)載需求﹑功率輸出，并反饋給燃?xì)獾牧髁靠刂崎y，調(diào)整燃?xì)饬髁磕酥寥紵缓銣貐^(qū)溫度。由于SOFC電堆輸出功率對工作功率非常敏感，本設(shè)計(jì)通過負(fù)載智能反饋與分析方式，成功控制本系統(tǒng)消耗能量最大組件-燃燒腔用燃?xì)庀?，?jié)約燃料，因此本發(fā)明設(shè)備智能控制、使用方便。
附圖說明
圖1是本發(fā)明智能燃燒器加熱的可移動固體氧化物燃料電池發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
請參見圖1，本發(fā)明智能燃燒器加熱的可移動固體氧化物燃料電池發(fā)電裝置，包括空柱形燃燒腔1；與所述空柱形燃燒腔1相連的燃?xì)馔ǖ?，所述燃?xì)馔ǖ肋B接助燃風(fēng)氣路3、燃?xì)鈿饴?和調(diào)溫風(fēng)氣路5，所述燃?xì)馔ǖ?內(nèi)設(shè)有燃?xì)鈬婎^及點(diǎn)火裝置7，所述燃?xì)鈿饴?上設(shè)有燃?xì)饬髁靠刂崎y6；設(shè)置在所述空柱形燃燒腔1內(nèi)的SOFC電堆；微控制單元，所述微控制單元包括MCU控制單元、用于測量SOFC電堆功率的輸出功率采樣器154、用于測量負(fù)載運(yùn)行變量的負(fù)載運(yùn)行變量采樣器155、連接所述輸出功率采樣器154和負(fù)載運(yùn)行變量采樣器的155第一比較器151、用于測量燃?xì)饬髁康娜細(xì)饬髁坎蓸悠?53、連接所述流量采樣器153和MCU控制單元的第二比較器152、連接所述第二比較器152的數(shù)模轉(zhuǎn)換器及驅(qū)動模塊15，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器及驅(qū)動模塊15連接所述燃?xì)鈿饴?的燃料流量控制閥6；連接所述SOFC電堆的不間斷電源(UPS)；設(shè)置在所述空柱形燃燒腔內(nèi)的溫度傳感器17；和SOFC供氣氣路，所述SOFC供氣氣路連接所述燃?xì)鈿饴泛蚐OFC電堆，且依次設(shè)有欠氧化重整流量控制閥12、除硫裝置13和重整室14；其中所述空柱形燃燒腔2外壁上設(shè)有熱風(fēng)回收通道，所述熱風(fēng)回收通道連接所述重整室14，空柱形燃燒室和重整室之間的熱風(fēng)回收通道上設(shè)有熱風(fēng)回收通道電磁閥19。
其中，所述空柱形燃燒腔內(nèi)壁上設(shè)有密集熱風(fēng)微孔11。所述空柱形燃燒腔外壁上設(shè)有均風(fēng)軸10，所述燃?xì)馔ǖ?通過所述均風(fēng)軸10連接所述空柱形燃燒腔1。所述燃?xì)鈿饴?上依次設(shè)置有燃?xì)鈿饴肥謩娱y41、燃料流量控制閥6、過濾器42、空燃比例閥43、熱電偶9和火焰?zhèn)鞲衅?。所述助燃風(fēng)氣路3上依次設(shè)有助燃風(fēng)手動閥31、助燃風(fēng)電磁閥32和助燃風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)。所述燃?xì)馔ǖ篮涂罩稳紵恢g設(shè)置有燃?xì)馔ǖ离姶砰y8。所述燃?xì)鈿饴分械娜細(xì)鉃榧淄?、乙烷和丙烷中的一種或其混合物。所述重整室14設(shè)有冷風(fēng)出口20，用于排出低溫廢氣。所述熱風(fēng)回收通道電磁閥與空柱形燃燒室之間的熱風(fēng)回收通道上設(shè)有熱風(fēng)回收通道手動閥18，熱風(fēng)回收通道手動閥18通過兩個熱風(fēng)回收口16連接所述空柱形燃燒腔1。
在SOFC電堆啟動前，需要關(guān)閉欠氧化重整流量控制閥12﹑熱風(fēng)回收通道電磁閥19，并打開熱風(fēng)回收通道手動閥18，通過調(diào)節(jié)燃?xì)猢p調(diào)溫風(fēng)流量使燃燒腔達(dá)到預(yù)設(shè)溫度。待SOFC電堆預(yù)熱一段時間打開欠氧化重整流量控制閥12并關(guān)閉熱風(fēng)回收通道手動閥18(如市售JLZ15W-16R)，開啟熱風(fēng)回收通道電磁閥19，啟動整個氣路系統(tǒng)。當(dāng)重整室內(nèi)溫度傳感器感應(yīng)到重整的溫度未能升至某個值時；重整后燃?xì)饨?jīng)熱風(fēng)回收通道電磁閥21外排。當(dāng)重整室內(nèi)溫度傳感器感應(yīng)到重整的溫度升至某個值時，SOFC電堆開始工作。輸出功率采樣器154采樣SOFC電堆的輸出功率，負(fù)載運(yùn)行變量采樣器155采樣負(fù)載所需功率。第一比較器151分別接收到輸出功率采樣器154采樣電堆的輸出功率及負(fù)載運(yùn)行變量采樣器155采樣負(fù)載所需功率，經(jīng)第一比較器151比較的結(jié)果輸送至MCU控制單元，MCU控制單元將差異結(jié)果轉(zhuǎn)換成為控制參數(shù)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器及驅(qū)動模塊15至燃料通道中燃料流量控制閥6，燃料控制閥調(diào)整燃?xì)鈿獾?的燃料流量控制閥6的輸出量，以達(dá)到調(diào)整空柱形燃燒腔1中溫度或SOFC電堆的工作溫度，為負(fù)載實(shí)際所需值。如輸出功率低于負(fù)載所需實(shí)際功率時，輸出功率采樣器154與負(fù)載運(yùn)行變量采樣器155感應(yīng)到的負(fù)載所需實(shí)際功率經(jīng)第一比較器151比較產(chǎn)生一個負(fù)偏離值，該數(shù)值送至控制單元，經(jīng)分析轉(zhuǎn)換為偏離控制增量，經(jīng)由第二比較器152所采集的燃料流量對比，計(jì)算調(diào)增燃料供給變量，MCU控制單元將所計(jì)算的燃料供給變量依次通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器及驅(qū)動模塊15后輸入燃料流量控制閥6。如輸出功率高于負(fù)載所需實(shí)際功率時，輸出功率采樣器154與負(fù)載運(yùn)行變量采樣器155感應(yīng)到的負(fù)載所需實(shí)際功率經(jīng)第一比較器151比較產(chǎn)生一個正偏離值，該數(shù)值送至控制單元，經(jīng)分析轉(zhuǎn)換為偏離控制減量，經(jīng)由第二比較器152所采集的燃料流量對比，計(jì)算調(diào)減燃料供給變量，MCU控制單元將所計(jì)算的燃料供給變量依次通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器及驅(qū)動模塊15后輸入至燃料流量控制閥6。
實(shí)施例一，當(dāng)燃料為甲烷，本發(fā)明的工作原理是：
確保設(shè)備正常工作，關(guān)閉欠氧化重整流量控制閥12﹑熱風(fēng)回收通道電磁閥19，并打開熱風(fēng)回收通道手動閥18，通過調(diào)節(jié)甲烷﹑調(diào)溫風(fēng)流量使燃燒腔達(dá)到預(yù)設(shè)溫度650±10℃。
待SOFC電堆預(yù)熱10分鐘，打開欠氧化重整流量控制閥12并關(guān)閉，關(guān)閉熱風(fēng)回收通道手動閥18，并開啟熱風(fēng)回收通道電磁閥19，啟動整個氣路系統(tǒng)。重整室14內(nèi)的一氧化碳和氫氣通過燃?xì)馔ǖ老螂姸烟峁┌l(fā)電所需的一氧化碳和氫氣，SOFC電堆發(fā)電產(chǎn)生輸出的電功率輸送給電負(fù)載。
所述輸出功率采樣器154采樣電堆的輸出功率，所述負(fù)載運(yùn)行變量采樣器155采樣負(fù)載所需功率，所述第一比較器151分別接收到輸出功率采樣器154采樣電堆的輸出功率及負(fù)載運(yùn)行變量采樣器155采樣負(fù)載所需功率，經(jīng)第一比較器151比較的結(jié)果輸送至微控制單元，微控制單元將差異結(jié)果轉(zhuǎn)換成為控制參數(shù)，通過第二比較器152和采集的甲烷流量對比﹑數(shù)模轉(zhuǎn)換器及驅(qū)動模塊15至燃料流量控制閥6，流量控制閥6調(diào)整輸出量，以達(dá)到調(diào)整電堆輸出功率為負(fù)載實(shí)際所需。
當(dāng)輸出功率低于負(fù)載所需實(shí)際功率，輸出功率采樣器154與負(fù)載運(yùn)行變量采樣器155感應(yīng)到的負(fù)載所需實(shí)際功率經(jīng)第一比較器151比較產(chǎn)生一個負(fù)偏離值，該數(shù)值送至MCU控制單元，經(jīng)分析轉(zhuǎn)換為偏離控制增量，計(jì)算調(diào)增燃燒腔燃料供給變量，通過對比第二比較器152數(shù)模采集甲烷流量，每次按原有甲烷燃?xì)饬髁?％增量，經(jīng)轉(zhuǎn)換器及驅(qū)動模塊15后輸入至燃料流量控制閥6，以提高電堆工作溫度及電堆輸出功率，經(jīng)過數(shù)次比較及流量遞增，達(dá)到負(fù)載需求。
當(dāng)輸出功率高于負(fù)載所需實(shí)際功率，輸出功率采樣器154與負(fù)載運(yùn)行變量采樣器155感應(yīng)到的負(fù)載所需實(shí)際功率經(jīng)第一比較器151比較產(chǎn)生一個正偏離值，該數(shù)值送至MCU控制單元，經(jīng)分析轉(zhuǎn)換為偏離控制減量，計(jì)算調(diào)增燃燒腔燃料供給變量，通過對比第二比較器152數(shù)模采集甲烷流量，每次按原有甲烷燃?xì)饬髁?％減量，經(jīng)轉(zhuǎn)換器及驅(qū)動模塊15后輸入至燃料流量控制閥6，以降低電堆工作溫度及電堆輸出功率，經(jīng)過數(shù)次比較及流量遞減，達(dá)到負(fù)載需求。
當(dāng)燃料腔溫度傳感器溫度低于600℃，或者高于700℃，控制單元對報(bào)警器22輸出報(bào)警信號，報(bào)警器22發(fā)出報(bào)警信號，并通過時鐘發(fā)生器23記錄時間，如果報(bào)警時間累積超過30分鐘，MCU控制單元向SOFC電堆負(fù)載采集處發(fā)送切斷信號，斷開SOFC電堆功率輸出。
實(shí)施例二，當(dāng)燃料為丙烷，本發(fā)明的工作原理是：
確保設(shè)備正常工作，關(guān)閉欠氧化重整流量控制閥12﹑熱風(fēng)回收通道電磁閥19，并打開熱風(fēng)回收通道手動閥18，通過調(diào)節(jié)丙烷﹑調(diào)溫風(fēng)流量使燃燒腔達(dá)到預(yù)設(shè)溫度650±10℃。
待SOFC電堆預(yù)熱10分鐘，打開欠氧化重整流量控制閥12并關(guān)閉，關(guān)閉熱風(fēng)回收通道手動閥18，并開啟熱風(fēng)回收通道電磁閥19，啟動整個氣路系統(tǒng)。重整室14內(nèi)的一氧化碳和氫氣通過燃?xì)馔ǖ老螂姸烟峁┌l(fā)電所需的一氧化碳和氫氣，SOFC電堆發(fā)電產(chǎn)生輸出的電功率輸送給電負(fù)載。
所述輸出功率采樣器154采樣電堆的輸出功率，所述負(fù)載運(yùn)行變量采樣器155采樣負(fù)載所需功率，所述第一比較器151分別接收到輸出功率采樣器154采樣電堆的輸出功率及負(fù)載運(yùn)行變量采樣器155采樣負(fù)載所需功率，經(jīng)第一比較器151比較的結(jié)果輸送至微控制單元，微控制單元將差異結(jié)果轉(zhuǎn)換成為控制參數(shù)，通過第二比較器152和采集的丙烷流量對比﹑數(shù)模轉(zhuǎn)換器及驅(qū)動模塊15至燃料流量控制閥6，流量控制閥6調(diào)整輸出量，以達(dá)到調(diào)整電堆輸出功率為負(fù)載實(shí)際所需。
當(dāng)輸出功率低于負(fù)載所需實(shí)際功率，輸出功率采樣器154與負(fù)載運(yùn)行變量采樣器155感應(yīng)到的負(fù)載所需實(shí)際功率經(jīng)第一比較器151比較產(chǎn)生一個負(fù)偏離值，該數(shù)值送至MCU控制單元，經(jīng)分析轉(zhuǎn)換為偏離控制增量，計(jì)算調(diào)增燃燒腔燃料供給變量，通過對比第二比較器152數(shù)模采集丙烷流量，每次按原有丙烷燃?xì)饬髁?％增量，經(jīng)轉(zhuǎn)換器及驅(qū)動模塊15后輸入至燃料流量控制閥6，以提高電堆工作溫度及電堆輸出功率，經(jīng)過數(shù)次比較及流量遞增，達(dá)到負(fù)載需求。
當(dāng)輸出功率高于負(fù)載所需實(shí)際功率，輸出功率采樣器154與負(fù)載運(yùn)行變量采樣器155感應(yīng)到的負(fù)載所需實(shí)際功率經(jīng)第一比較器151比較產(chǎn)生一個正偏離值，該數(shù)值送至MCU控制單元，經(jīng)分析轉(zhuǎn)換為偏離控制減量，計(jì)算調(diào)增燃燒腔燃料供給變量，通過對比第二比較器152數(shù)模采集丙烷流量，每次按原有丙烷燃?xì)饬髁?％減量，經(jīng)轉(zhuǎn)換器及驅(qū)動模塊15后輸入至燃料流量控制閥6，以降低電堆工作溫度及電堆輸出功率，經(jīng)過數(shù)次比較及流量遞減，達(dá)到負(fù)載需求。
當(dāng)燃料腔溫度傳感器溫度低于600℃，或者高于700℃，控制單元對報(bào)警器22輸出報(bào)警信號，報(bào)警器22發(fā)出報(bào)警信號，并通過時鐘發(fā)生器23記錄時間，如果報(bào)警時間累積超過30分鐘，MCU控制單元向SOFC電堆負(fù)載采集處發(fā)送切斷信號，斷開SOFC電堆功率輸出。
所述燃?xì)饨?jīng)MCU及轉(zhuǎn)換器及驅(qū)動模塊15可調(diào)燃?xì)饬髁康淖兓?，甲烷CH4為±1％或±絕對值1以下，乙烷C2H6為±0.5％或或±絕對值0.5以下，丙烷C3H8為±0.2％或或±絕對值0.2以下。
以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。