一种水蒸气发生器的制作方法

本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种水蒸气发生器。

背景技术：

1、水蒸气在固体氧化物燃料电池发电系统中具有非常重要的作用，其主要表现在：(1)进入重整器的气流中水蒸气和碳的比例是重整反应的关键影响因素；(2)进入燃料电池中燃料气流中稳定的水蒸气和碳的比例，可以阻止碳沉积，延长固体氧化物燃料电池发电系统的寿命；(3)水蒸气的压力和流量会影响下游燃烧器内燃烧组分的变化，影响燃烧器的稳定运行。因此，保持蒸汽流量的稳定和精确控制水蒸气与碳的比例是固体氧化物燃料电池发电系统中水蒸气发生器设计的重要考虑因素。

2、现有的水蒸气发生器有电加热式和对流换热式，其中，电加热式的水蒸气发生器存在换热不均匀的问题，因此，对流换热式水蒸气发生器在固体氧化物燃料电池发电系统中的应用更为普遍。但是，现有的对流换热式水蒸气发生器通常在其冷侧和热侧均设置翅片结构，在液体水流动沸腾发生过程中，冷侧的液态水发生相变，液态水在热壁汽化核心处不断产生气泡，气泡的生成及破碎过程中会产生压力波动和流量波动，从而导致水蒸气发生器的蒸汽排放不稳定，存在蒸汽排放的流量波动大和蒸汽压力波动大的问题。

3、因此，十分有必要设计出一种能够稳定排放蒸汽的水蒸气发生器。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种能够稳定排放蒸汽的水蒸气发生器。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种水蒸气发生器，包括蒸发器壳体及蒸发芯体，所述蒸发器壳体的内部中空，所述蒸发芯体设置于所述蒸发器壳体内，所述蒸发芯体包括若干依次排布的隔板，任意两个相邻的隔板之间设置有蒸发换热板，所述蒸发换热板具有冷侧及与所述冷侧相对的热侧；所述蒸发换热板的冷侧与相邻的隔板相互连接形成蒸发腔室；所述蒸发腔室开设有液体入口及蒸汽出口；所述蒸发腔室由依次设置的液体流入区、蒸发区及蒸汽流出区组成，所述液体流入区与所述液体入口连通，所述蒸汽流出区与所述蒸汽出口连通，所述蒸发区内设置有第一多孔介质层；所述蒸发换热板的热侧与相邻的隔板相互连接形成换热腔室，所述换热腔室开设有供热介质入口和供热介质出口。

4、本发明的水蒸气发生器通过蒸发换热板的冷侧与相邻的隔板相互连接形成蒸发腔室，通过蒸发换热板的热侧与相邻的隔板相互连接形成换热腔室，供热介质进入换热腔室，经蒸发换热板传导，为蒸发腔室供热；液体进入蒸发腔室后受热蒸发而产生蒸汽；本发明在蒸发区设置有第一多孔介质层，第一多孔介质层能够抑制流经第一多孔介质层的液体蒸发产生大气泡，从而使水蒸气发生器能够稳定排放蒸汽，使排放的蒸汽流量和压力波动小。

5、在本发明中，优选地，所述第一多孔介质层的外壁面与所述蒸发区的内壁面紧密配合。

6、作为本发明的优选实施方式，所述第一多孔介质层与所述蒸发区的高度比为(0.02～1)：1。

7、作为本发明的优选实施方式，所述第一多孔介质层的材质为泡沫金属、泡沫陶瓷中的至少一种；所述泡沫金属包括泡沫铁、泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝、泡沫铝合金、泡沫铁镍合金、泡沫镍钴合金、泡沫钛、泡沫钛合金、泡沫银、泡沫钢中的至少一种；所述泡沫陶瓷包括泡沫氧化铝陶瓷、泡沫氧化锆陶瓷、泡沫碳化硅陶瓷中的至少一种。

8、所述第一多孔介质层的材质优选为泡沫金属，所述泡沫金属优选为泡沫铁、泡沫镍、泡沫铝合金、泡沫铁镍合金、泡沫钴镍合金、泡沫钛及泡沫钛合金中的至少一种。

9、作为本发明的优选实施方式，所述第一多孔介质层的孔隙率不低于85％；所述第一多孔介质层的孔密度不大于200ppi。

10、作为本发明的优选实施方式，所述蒸发区还设置有翅片阵列，所述翅片阵列位于所述第一多孔介质层与所述蒸汽流出区之间。

11、进一步的，所述翅片阵列包括若干呈阵列排布的第一翅片，所述第一翅片沿所述蒸发区的高度方向延伸，所述第一翅片的高度为2～40mm，所述第一翅片的厚度为0.05～3mm；任意两个相邻第一翅片之间的间距为0.5～5mm。

12、作为本发明的优选实施方式，所述翅片阵列与所述第一多孔介质层之间留有第一间隙，所述第一间隙与所述蒸发区的高度比为(0.05～0.1)：1。

13、发明人研究发现，在翅片阵列与第一多孔介质层之间留有间隙，可以使从第一多孔介质层的各孔隙逸出的蒸汽在所述间隙中混合，使流向翅片阵列所在区域的蒸汽具有相同的温度和流速，避免在翅片阵列的表面形成的温度梯度而产生热应力，进而避免翅片产生形变损伤。

14、作为本发明的优选实施方式，所述换热腔室内设置有第二多孔介质层和翅片结构中的至少一种结构。

15、作为本发明的优选实施方式，所述液体入口与冷侧入口分流器的出口端连接，所述冷侧入口分流器的进口端连接有进水管，所述进水管上设置有冷侧进口压力计、水流量计及水泵；所述蒸汽出口与冷侧出口汇流器的进口端连接，所述冷侧出口汇流器的出口端连接有蒸汽管，所述蒸汽管上设置有冷侧出口压力计。

16、作为本发明的优选实施方式，所述供热介质入口与热侧入口分流器的出口端连接，所述热侧入口分流器的进口端连接有供热介质输入管，所述供热介质输入管上设置有热侧进口压力计、供热介质流量计及输送泵；所述供热介质出口与热侧出口汇流器的进口端连接，所述热侧出口汇流器的出口端连接有供热介质输出管。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

18、本发明的水蒸气发生器通过蒸发换热板的冷侧与相邻的隔板相互连接形成蒸发腔室，通过蒸发换热板的热侧与相邻的隔板相互连接形成换热腔室，供热介质进入换热腔室，经蒸发换热板传导，为蒸发腔室供热；液体进入蒸发腔室后受热蒸发而产生蒸汽；本发明在蒸发区设置有第一多孔介质层，第一多孔介质层能够抑制流经第一多孔介质层的液体蒸发产生大气泡，从而使水蒸气发生器能够稳定排放蒸汽，使排放的蒸汽流量和压力波动小；本发明提供的水蒸气发生器适用于固体氧化物燃料电池发电系统。

技术特征：

1.一种水蒸气发生器，其特征在于，包括蒸发器壳体及蒸发芯体，所述蒸发器壳体的内部中空，所述蒸发芯体设置于所述蒸发器壳体内，所述蒸发芯体包括若干依次排布的隔板，任意两个相邻的隔板之间设置有蒸发换热板，所述蒸发换热板具有冷侧及与所述冷侧相对的热侧；所述蒸发换热板的冷侧与相邻的隔板相互连接形成蒸发腔室；所述蒸发腔室开设有液体入口及蒸汽出口；所述蒸发腔室由依次设置的液体流入区、蒸发区及蒸汽流出区组成，所述液体流入区与所述液体入口连通，所述蒸汽流出区与所述蒸汽出口连通，所述蒸发区内设置有第一多孔介质层；所述蒸发换热板的热侧与相邻的隔板相互连接形成换热腔室，所述换热腔室开设有供热介质入口和供热介质出口。

2.如权利要求1所述的水蒸气发生器，其特征在于，所述第一多孔介质层与所述蒸发区的高度比为(0.02～1)：1。

3.如权利要求1所述的水蒸气发生器，其特征在于，所述第一多孔介质层的材质为泡沫金属、泡沫陶瓷中的至少一种。

4.如权利要求1所述的水蒸气发生器，其特征在于，所述第一多孔介质层的孔隙率不低于85％；所述第一多孔介质层的孔密度不大于200ppi。

5.如权利要求1所述的水蒸气发生器，其特征在于，所述蒸发区还设置有翅片阵列，所述翅片阵列位于所述第一多孔介质层与所述蒸汽流出区之间。

6.如权利要求5所述的水蒸气发生器，其特征在于，所述翅片阵列包括若干呈阵列排布的第一翅片，所述第一翅片沿所述蒸发区的高度方向延伸。

7.如权利要求5所述的水蒸气发生器，其特征在于，所述翅片阵列与所述第一多孔介质层之间留有第一间隙，所述第一间隙与所述蒸发区的高度比为(0.05～0.1)：1。

8.如权利要求1所述的水蒸气发生器，其特征在于，所述换热腔室内设置有第二多孔介质层和翅片结构中的至少一种结构。

9.如权利要求1所述的水蒸气发生器，其特征在于，所述液体入口通过管道与冷侧入口分流器的出口端连接，所述冷侧入口分流器的进口端连接有进水管，所述进水管上设置有冷侧进口压力计、水流量计及水泵；所述蒸汽出口通过管道与冷侧出口汇流器的进口端连接，所述冷侧出口汇流器的出口端连接有蒸汽管，所述蒸汽管上设置有冷侧出口压力计。

10.如权利要求1所述的水蒸气发生器，其特征在于，所述供热介质入口通过管道与热侧入口分流器的出口端连接，所述热侧入口分流器的进口端连接有供热介质输入管，所述供热介质输入管上设置有热侧进口压力计、供热介质流量计及输送泵；所述供热介质出口通过管道与热侧出口汇流器的进口端连接，所述热侧出口汇流器的出口端连接有供热介质输出管。

技术总结
本发明涉及一种水蒸气发生器。所述水蒸气发生器包括蒸发器壳体及蒸发芯体，所述蒸发芯体包括若干依次排布的隔板，任意两个相邻的隔板之间设置有蒸发换热板，所述蒸发换热板具有冷侧及热侧；所述蒸发换热板的冷侧与相邻的隔板相互连接形成蒸发腔室；所述蒸发腔室的蒸发区内设置有第一多孔介质层；所述蒸发换热板的热侧与相邻的隔板相互连接形成换热腔室。本发明通过在蒸发腔室设置第一多孔介质层，供热介质进入换热腔室，从而向蒸发腔室供热；液体进入蒸发腔室后受热蒸发而产生蒸汽，第一多孔介质层的设置能够抑制流经第一多孔介质层的液体蒸发产生大气泡，从而使水蒸气发生器能够稳定排放蒸汽，使排放的蒸汽流量和压力波动小。

技术研发人员：陈烁烁,张东羽
受保护的技术使用者：深圳三环电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25