燃料电池涡轮复合循环模拟试验系统

685 编辑：中冶有色技术网来源：中国北方发动机研究所(天津)

2023-12-25 11:20:53

权利要求书： 1.一种燃料电池涡轮复合循环模拟试验系统，其特征在于：包括空气压缩机、稳压罐、第一截止阀、第一热交换器、第二热交换器、喷射器、第二调节阀、锅炉、水泵、第二截止阀、高位水箱、第三调节阀、第三截止阀、压力储气罐，所述空气压缩机、稳压罐、第一截止阀依次连接，所述第一截止阀出口设有两个管路，一路连接第一热交换器，另一路连接第一调节阀，所述第一热交换器与第一截止阀连通的接口与第二热交换器连接，所述第一热交换器的另外两个接口分别与涡轮发电机和引风机连接，所述第二热交换器与第一热交换器连通的接口与燃烧室连接，所述第二热交换器的另外二个接口分别与旁通阀和背压阀连接，所述燃烧室出口处设有两个管路，一路连接混合器，另一路连接旁通阀，所述压力储气罐、第三截止阀、第三调节阀依次连接，所述第三调节阀与燃烧室的燃气喷嘴连接，

所述高位水箱、第二截止阀、水泵、锅炉、第二调节阀依次连接，所述第二调节阀与喷射器的蒸汽进口连接，所述喷射器的空气进口与第一调节阀连接，所述喷射器的出口与混合器的一个进口连接，所述混合器的另外一个进口与燃烧室的出口连接，所述混合器的出口与涡轮发电机的涡轮进口连接，所述涡轮发电机的涡轮出口与第一热交换器连接。

说明书：一种燃料电池涡轮复合循环模拟试验系统技术领域[0001] 本发明属于机电技术领域，尤其是涉及一种燃料电池涡轮复合循环模拟试验系统。背景技术[0002] 高温燃料电池是国家提倡发展的一种新型能源型式，排放物成分主要有高温水蒸汽和氮气，以及少量氧气、二氧化碳、一氧化碳气体。利用高温废气带动涡轮做功发电，形成燃料电池涡轮复合循环，可以提高系统的效率。开展燃料电池涡轮复合循环试验研究，是开发燃料电池涡轮复合循环发电装置必不可少的技术途径。但目前高温燃料电池成本高，寿命短，用于搭建燃料电池涡轮复合循环试验系统经济性差。[0003] 为了研究燃料电池涡轮复合循环的不同边界条件下的涡轮做功能力、整个系统的运行效率，用热力状态与高温燃料电池的进口空气、出口废气相同的介质来模拟高温燃料电池的运行状态，搭建燃料电池涡轮复合循环模拟试验系统，是一个较好的解决途径。发明内容[0004] 有鉴于此，本发明旨在提出一种燃料电池涡轮复合循环模拟试验系统，以解决上述问题的不足之处。[0005] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：[0006] 一种燃料电池涡轮复合循环模拟试验系统，包括空气压缩机、稳压罐、第一截止阀、第一热交换器、第二热交换器、喷射器、第二调节阀、锅炉、水泵、第二截止阀、高位水箱、第三调节阀、第三截止阀、压力储气罐，[0007] 所述空气压缩机、稳压罐、第一截止阀依次连接，所述第一截止阀出口设有两个管路，一路连接第一热交换器，另一路连接第一调节阀，所述第一热交换器与第一截止阀连通的接口与第二热交换器连接，所述第一热交换器的另外两个接口分别与涡轮发电机和引风机连接，所述第二热交换器与第一热交换器连通的接口与燃烧室连接，所述第二热交换器的另外二个接口分别与旁通阀和背压阀连接，所述燃烧室出口处设有两个管路，一路连接混合器，另一路连接旁通阀，[0008] 所述压力储气罐、第三截止阀、第三调节阀依次连接，所述第三调节阀与燃烧室的燃气喷嘴连接，[0009] 所述高位水箱、第二截止阀、水泵、锅炉、第二调节阀依次连接，所述第二调节阀与喷射器的蒸汽进口连接，所述喷射器的空气进口与第一调节阀连接，所述喷射器的出口与混合器的一个进口连接，所述混合器的另外一个进口与燃烧室的出口连接，所述混合器的出口与涡轮发电机的涡轮进口连接，所述涡轮发电机的涡轮出口与第一热交换器连接。[0010] 相对于现有技术，本发明所述的燃料电池涡轮复合循环模拟试验系统具有以下优势：[0011] (1)本发明所述的燃料电池涡轮复合循环模拟试验系统利用压力储气罐、第三截止阀、第三调节阀、燃烧室、旁通阀、第二热交换器，将天然气、空气生成组分、状态参数可以变化的高温废气；利用高位水箱、第二截止阀、水泵、锅炉、第二调节阀、喷射器、第一调节阀，将空气、纯净水生成组分、状态参数可以变化的过热蒸汽，混合器出口的气体状态与真实固体燃料电池的废气气体状态一致，模拟了真实固体燃料电池不同工作状态下的气体参数、运行状态。[0012] (2)本发明所述的燃料电池涡轮复合循环模拟试验系统对于研究燃料电池涡轮复合循环的不同边界条件下的涡轮做功能力、整个系统的运行效率，以及如何提高燃料电池涡轮复合循环的效率，有积极的意义。附图说明[0013] 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：[0014] 图1为本发明实施例所述的燃料电池涡轮复合循环模拟试验系统结构示意图。[0015] 附图标记说明：[0016] 1-空气压缩机；2-稳压罐；3-第一截止阀；4-第一热交换器；5-第二热交换器；6-燃烧室；7-涡轮发电机；8-混合器；9-第一调节阀；10-喷射器；11-第二调节阀；12-锅炉；13-水泵；14-第二截止阀；15-高位水箱；16-旁通阀；17-背压阀；18-第三调节阀；19-第三截止阀；20-压力储气罐；21-引风机。具体实施方式[0017] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。[0018] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。[0019] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0020] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。[0021] 如图1所示，一种燃料电池涡轮复合循环模拟试验系统，包括空气压缩机1、稳压罐2、第一截止阀3、第一热交换器4、第二热交换器5、喷射器10、第二调节阀11、锅炉12、水泵

13、第二截止阀14、高位水箱15、第三调节阀18、第三截止阀19、压力储气罐20，[0022] 所述空气压缩机1、稳压罐2、第一截止阀3依次连接，所述第一截止阀3出口设有两个管路，一路连接第一热交换器4，另一路连接第一调节阀9，所述第一热交换器4与第一截止阀3连通的接口与第二热交换器5连接，所述第一热交换器4的另外两个接口分别与涡轮发电机7和引风机21连接，所述第二热交换器5与第一热交换器4连通的接口与燃烧室6连接，所述第二热交换器5的另外二个接口分别与旁通阀16和背压阀17连接，所述燃烧室6出口处设有两个管路，一路连接混合器8，另一路连接旁通阀16，

[0023] 所述压力储气罐20、第三截止阀19、第三调节阀18依次连接，所述第三调节阀18与燃烧室6的燃气喷嘴连接，[0024] 所述高位水箱15、第二截止阀14、水泵13、锅炉12、第二调节阀11依次连接，所述第二调节阀11与喷射器10的蒸汽进口连接，所述喷射器10的空气进口与第一调节阀9连接，所述喷射器10的出口与混合器8的一个进口连接，所述混合器8的另外一个进口与燃烧室6的出口连接，所述混合器8的出口与涡轮发电机7的涡轮进口连接，所述涡轮发电机7的涡轮出口与第一热交换器4连接。[0025] 本实施例的工作过程如下：[0026] 空气经过空气压缩机1、稳压罐2、第一截止阀3、第一热交换器4、第二热交换器5，进入燃烧室6；压力储气罐20中贮存有天然气，压力储气罐20的天然气经过第三截止阀19、第三调节阀18进入燃烧室6，天然气在燃烧室6中燃烧，对流经的压缩空气进行加温，同时消耗空气中的氧气。流出燃烧室6的高温气体的氧气组分比例降低，二氧化碳组分比例提高。流出燃烧室6的高温气体分成两路，一路进入混合器8，另外一路经过旁通阀16进入第二热交换器5，再经过背压阀17，进入引风机21排出。经过旁通阀16进入第二热交换器5的气体对进入燃烧室6的压缩空气进行预加热，可以进一步提高燃烧室6的出口温度，同时起到调节燃烧室6出口气体组分的作用。高位水箱15中贮存有纯净水，高位水箱15中的纯净水经过第二截止阀14进入水泵13，加压后进入锅炉12，变为过热蒸气，再经过第二调节阀11，进入喷射器10。经过第一调节阀9的压缩空气进入喷射器10，用于引导过热蒸汽进入混合器8，同时起到调节进入涡轮发电机7的气体组分的作用。喷射器10出口的过热蒸汽与燃烧室6出口的高温气体在混合器8中混合，混合器8出口的气体，流量、温度、压力、组分与真实固体燃料电池的废气一致。混合器8出口的气体进入涡轮发电机7中，对涡轮做功后，温度降低，涡轮发电机7排出气体的余热在第一热交换器4中对空气进行加热，之后进入引风机21排出，这一过程与真实固体燃料电池的工作状态一致。

[0027] 利用压力储气罐20、第三截止阀19、第三调节阀18、燃烧室6、旁通阀16、第二热交换器5等装置，将天然气、空气生成组分、状态参数可以变化的高温废气；利用高位水箱15、第二截止阀14、水泵13、锅炉12、第二调节阀11、喷射器10、第一调节阀9等装置，将空气、纯净水生成组分、状态参数可以变化的过热蒸汽。混合器出口的气体状态与真实固体燃料电池的废气气体状态一致。模拟了真实固体燃料电池不同工作状态下的气体参数、运行状态。本发明的燃料电池涡轮复合循环模拟试验系统，对于研究燃料电池涡轮复合循环的不同边界条件下的涡轮做功能力、整个系统的运行效率，以及如何提高燃料电池涡轮复合循环的效率，有积极的意义。

[0028] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。