一种蒸汽发生器的供水系统和方法与流程

本发明涉及燃料电池领域，特别涉及一种蒸汽发生器的供水系统和方法。

背景技术：

燃料电池是一种高效率的能量转化装置，它能够直接将储存在可燃气体内的化学能转化为电能，转化过程需要用到氢气和一氧化碳，可以将碳燃料先与水蒸气在300至800℃发生水蒸气重整反应，水蒸气重整反应可以产生的氢气及一氧化碳，并通入燃料电池的电堆进行电化学反应。

目前的水蒸气重整的过程一般是直接向蒸汽发生器注入水进行加热，加热产生水蒸气，产生的水蒸气再与碳燃料混合形成混合物，混合物在高温下发生水蒸气重整反应，产生氢气和一氧化碳，但此种方法产生的氢气和一氧化碳不均匀，波动比较大，影响燃料电池系统进行电化学反应的能量转化效率。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种蒸汽发生器的供水系统和方法，可以实现向蒸汽发生器均匀提供雾化水和碳燃料的混合物，使得蒸汽发生器可以产生均匀的水蒸气和碳燃料混合物，从而使得水蒸气重整反应可以均匀产生氢气和一氧化碳。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

第一方面，一种蒸汽发生器的供水系统，包括：第一电磁阀、第二电磁阀、第一管道、第二管道、第三管道和第一喷嘴，其中，上述第一管道的一端为进水端，上述第一管道的另一端与上述第一喷嘴连通，上述第一喷嘴通过上述第三管道与蒸汽发生器连通，上述第二管道的一端为燃气进气端，上述第二管道的另一端与上述第三管道连通，上述第一管道上设置有上述第一电磁阀，上述第二管道上设置有上述第二电磁阀。

结合第一方面，在某些可选的实施方式中，上述系统还包括：第二喷嘴和管道分流器，上述管道分流器的公共端与上述第一管道的上述另一端连通，上述管道分流器的第一分流端与上述第一喷嘴连通，上述管道分流器的第二分流端与上述第二喷嘴连通，上述第一喷嘴和上述第二喷嘴均通过上述第三管道与蒸汽发生器连通。

结合上一个实施方式，在某些可选的实施方式中，上述系统还包括：第三电磁阀和第四电磁阀，上述第三电磁阀设置在上述第一分流端与上述第一喷嘴之间，上述第四电磁阀设置在上述第二分流端与上述第二喷嘴之间。

结合上一个实施方式，在某些可选的实施方式中，上述系统还包括：流量计、压力传感器、水泵和储水箱，上述第一管道的进水端与上述储水箱的出水口连通，上述第一管道上还设置有上述流量计、上述压力传感器和上述水泵。

结合上一个实施方式，在某些可选的实施方式中，上述系统还包括：减压器和燃气瓶，上述燃气瓶的出气口与上述第二管道的燃气进气端连通，上述减压器设置在上述第二管道上。

结合上一个实施方式，在某些可选的实施方式中，上述系统还包括：控制器，上述控制器与上述第一电磁阀、上述第二电磁阀、上述第三电磁阀、上述第四电磁阀、上述压力传感器、上述流量计和上述水泵电连接。

结合第一方面，在某些可选的实施方式中，上述第一喷嘴设置在上述第二管道的内部。

结合第一方面，在某些可选的实施方式中，上述系统还包括：混合器，上述混合器的流体入口与上述第三管道连通，上述混合器的流体出口与上述蒸汽发生器的入口连通，上述混合器的内部包括一个可转动的旋转部件，上述旋转部件包括至少一个叶片，上述流体入口与上述流体出口相对。

第二方面，一种蒸汽发生器的供水方法，应用于上述的一种蒸汽发生器的供水系统的控制器中，上述方法包括：

上述控制器获得流量测量值、压力测量值；

确定流量测量值与预设的流量值的差值是否等于0，若等于，则根据上述预设的压力阈值和压力测量值控制上述水泵、上述第一电磁阀和上述第二电磁阀中至少一个器件的工作状态；若不等于，则根据上述差值调节上述水泵的转速。

结合第二方面，在某些可选的实施方式中，上述根据上述预设压力阈值和压力测量值控制上述水泵、上述第一电磁阀或上述第二电磁阀的工作状态，包括：

确定上述压力测量值是否小于上述预设压力阈值；

若上述压力测量值小于上述预设压力阈值，则确定上述第一电磁阀和第二电磁阀是否均打开，若上述第一电磁阀和上述第二电磁阀均处于打开状态，则控制第一电磁阀关闭或控制第二电磁阀关闭；若上述第一电磁阀和上述第二电磁阀至少有一个没打开，则控制上述水泵停机；

若上述压力测量值不小于上述预设压力阈值，则确定上述第一电磁阀和第二电磁阀是否均打开，若上述第一电磁阀和上述第二电磁阀均处于打开状态，则控制上述水泵停机；若上述第一电磁阀和上述第二电磁阀至少有一个没打开，则控制没有打开的电磁阀打开；

上述根据上述差值调节上述水泵的转速，包括：

若上述差值大于0，则降低上述水泵的转速；

若上述差值不大于0，则提高上述水泵的转速。

本发明提供的一种蒸汽发生器的供水系统和方法，其中系统包括：第一电磁阀、第二电磁阀、第一管道、第二管道、第三管道和第一喷嘴，其中，上述第一管道的一端为进水端，上述第一管道的另一端与上述第一喷嘴连通，上述第一喷嘴通过上述第三管道与蒸汽发生器连通，上述第二管道的一端为燃气进气端，上述第二管道的另一端与上述第三管道连通，上述第一管道上设置有上述第一电磁阀，上述第二管道上设置有上述第二电磁阀。由此可以看出，第一管道可以用于供水，第一电磁阀可以控制供水过程，第二管道可以用于输送燃气，第一喷嘴可以将第一管道内的液态水转化成雾化水，并在第三管道内与第二管道输送过来的燃气混合，形成雾化水与燃气的混合物，由于雾化水分散更均匀，所以该混合物通入蒸汽发生器后，产生的水蒸气与燃气的混合物更均匀，从而可以为燃料电池系统的电化学反应均匀提供水蒸气与燃气的混合物，提高能量转化的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1示出了本发明提供的一种蒸汽发生器的供水系统的结构示意图；

图2示出了本发明提供的一种蒸汽发生器的供水系统的另一结构示意图；

图3示出了本发明提供的一种蒸汽发生器的供水系统的另一结构示意图；

图4示出了本发明提供的一种蒸汽发生器的供水系统的另一结构示意图；

图5示出了本发明提供的一种蒸汽发生器的供水系统的另一结构示意图；

图6示出了本发明提供的一种蒸汽发生器的供水系统的另一结构示意图；

图7示出了本发明提供的一种蒸汽发生器的供水系统的另一结构示意图；

图8示出了本发明提供的一种蒸汽发生器的供水系统的流体流向意图；

图9示出了本发明提供的一种蒸汽发生器的供水方法的流程示意图；

图10示出了本发明提供的一种蒸汽发生器的供水方法的另一流程示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种蒸汽发生器的供水系统和方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

其中，在本申请实施例的描述中，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在燃料电池领域，燃料电池进行电化学反应需要氢气和一氧化碳作为原料。现有技术中，先将水注入到蒸汽发生器中加热产生水蒸气，再将碳燃料与水蒸气进行混合输送至水蒸气重整反应的反应炉中，通过化学反应产生氢气和一氧化碳。由于是直接对液态水进行加热，会导致蒸汽发生器内的水受热不均匀，产生的水蒸气波动比较大。又由于是在产生水蒸气后再与碳燃料混合，水蒸气波动较大会导致水蒸气与碳燃料的混合物的组分不均匀。由于水蒸气与碳燃料的混合物的数量和组分波动比较大，导致以水蒸气和碳燃料为原料的水蒸气重整反应不均匀，使得无法均匀产生氢气和一氧化碳，从而导致以氢气和一氧化碳为原料的电化学反应不顺畅，能量转化效率较低。

为了可以均匀产生水蒸气与碳燃料的混合物，本发明提供了如下方案：

如图1所示，本发明提供了一种蒸汽发生器的供水系统，包括：第一电磁阀121、第二电磁阀122、第一管道111、第二管道112、第三管道113和第一喷嘴131，其中，上述第一管道111的一端为进水端，上述第一管道111的另一端与上述第一喷嘴131连通，上述第一喷嘴131通过上述第三管道113与蒸汽发生器100连通，上述第二管道112的一端为燃气进气端，上述第二管道112的另一端与上述第三管道113连通，上述第一管道111上设置有上述第一电磁阀121，上述第二管道112上设置有上述第二电磁阀122。

应理解，由于直接将液态水注入蒸汽发生器100进行加热，对液态水加热不均匀，导致产生的水蒸气不均匀。可以先将水通过第一喷嘴131转化成雾化水再加热，雾化水在蒸汽发生器100内受热均匀，形成的水蒸气比较均匀。

应理解，燃气与水蒸气直接混合，可能导致混合不够充分，组分不够均匀，可以在产生水蒸气前，通过将第一喷嘴131喷出来的雾化水和第二管道112输送过来的燃气通入第三管道113中混合，由于燃气通入第三管道113和第一喷嘴131喷出雾化水均有一定的冲力，使得燃气和雾化水可以在第三管道113内进行第一次混合。

应理解，燃气和雾化水在第三管道113中混合后，再通入到蒸汽发生器100中，燃气和雾化水在蒸汽发生器100中共同受热，加热形成布朗运动，燃气分子和水分子在蒸汽发生器100内做无规则运动，使得产生的燃气与水蒸气的混合物组分更加均匀，混合更加充分。

可选的，所述第一电磁阀121可以控制第一管道111内的水的流量，可以根据实际的需要控制第一电磁阀121打开或者关闭，也可以调节第一电磁阀121的开度从而控制第一管道111内的水流量和压力。

可选的，由于实际使用中，不同的蒸汽发生器100对不同雾化程度的雾化水的加热效果不同，所以第一喷嘴131可以是任意类型的喷嘴，例如可以是流体高压喷嘴，本发明对喷嘴的类型不作限制，任何可行的喷嘴类型均属于本发明的实施方式。

可选的，可以将雾化水和燃气都通入到第三管道113，再由第三管道113将雾化水和燃气通入到蒸汽发生器100，也可以将雾化水和燃气直接通入到蒸汽发生器100，不需要通入到第三管道内113，或者雾化水和燃气分别通过不同的管道通入到蒸汽发生器100内，本发明对此不作限制。

由此可以看出，第一管道111可以用于供水，第一电磁阀121可以控制供水过程，第二管道112可以用于输送燃气，喷嘴可以将第一管道111内的液态水转化成雾化水，并在第三管道113内与第二管道112输送过来的燃气混合，形成雾化水与燃气的混合物，由于雾化水分散更均匀，所以该混合物通入蒸汽发生器100后，产生的水蒸气与燃气的混合物更均匀，从而可以为燃料电池系统的电化学反应均匀提供水蒸气与燃气的混合物，提高能量转化的效率。

如图2所示，可选的，在某些可选的实施方式中，上述系统还包括：第二喷嘴132和管道分流器210，上述管道分流器210的公共端与上述第一管道111的上述另一端连通，上述管道分流器210的第一分流端与上述第一喷嘴131连通，上述管道分流器210的第二分流端与上述第二喷嘴132连通，上述第一喷嘴131和上述第二喷嘴132均通过上述第三管道113与蒸汽发生器100连通。

应理解，一个喷嘴的喷水效果可能不如多个喷嘴的雾化效果好，特别是在大量需要水蒸气的情况下，安装多个喷嘴可以提高雾化效率，从而提高产生水蒸气的效率，所以可以安装第二喷嘴132，当然，本发明不限制喷嘴数量，也可以安装更多的喷嘴。

应理解，由于安装多个喷嘴，需要将第一管道111分出多个分支，使用管道分流器210可以节约管道，不必为每个喷嘴设置独立的管道，同时可以通过一个开关控制管道分流器210上的所有喷嘴的水流量，比较方便。

可选的，第一喷嘴131和第二喷嘴132可以相同类型的喷嘴，也可以是不同类型的喷嘴，本发明对此不作限制。

如图3所示，可选的，在某些可选的实施方式中，上述系统还包括：第三电磁阀123和第四电磁阀124，上述第三电磁阀123设置在上述第一分流端与上述第一喷嘴131之间，上述第四电磁阀124设置在上述第二分流端与上述第二喷嘴132之间。

应理解，由于水管中的水流量和压力可能会由于供水方式不同导致水管中的水流量和压力有变化。例如，若采用水泵抽水的方式供水，则可能由于设定水泵的转速不同，导致水泵抽水的效率不同，从而导致水管中水流量和压力不同。又例如，若采用水塔进行供水，水塔中剩余的水量不同也可能导致水管中水的流量和压力不同。

应理解，可以在第一分流端与第一喷嘴131之间设置第三电磁阀123，在第二分流端与第二喷嘴132之间设置第四电磁阀124，若通过第一喷嘴131和/或第二喷嘴132的水流量和水压力有变化，可以根据需要，通过控制第三电磁阀123和/或控制第四电磁阀124来调节通过第一喷嘴131和/或第二喷嘴132的水流量和水压力。

可选的，当水压力过大时，可以打开第三阀门123和第四阀门124，当压力过小，可以只保留一个阀门打开，关闭另一个阀门。通过控制阀门的打开、关闭或者开度，可以控制通过喷嘴的水流量和水压力处于目标流量和目标压力范围内。

如图4所示，可选的，在某些可选的实施方式中，上述系统还包括：流量计140、压力传感器150、水泵160和储水箱170，上述第一管道111的进水端与上述储水箱170的出水口连通，上述第一管道111上还设置有上述流量计140、上述压力传感器150和上述水泵160。

应理解，由于需要根据水流量和压力控制电磁阀和水泵160，所以可以安装流量计140和压力传感器150，实时监测管道中的水流量和水压力，并可以根据采集到的水流量和水压力的数据，控制水泵160以及电磁阀。

可选的，流量计140可以设置在第一管道111的任意位置上，压力传感器150可以设置在水泵160的出水口处。

可选的，水泵160的型号可以根据实际的需要选择合适的水泵160，本发明对此不作限制。

如图5所示，可选的，在某些可选的实施方式中，上述系统还包括：减压器180和燃气瓶190，上述燃气瓶190的出气口与上述第二管道112的燃气进气端连通，上述减压器180设置在上述第二管道112上。

应理解，燃气瓶190内存有的燃气压力过大，如果直接将燃气瓶内的燃气通入第二管道，可能会导致管道爆炸，或者蒸汽发生器100内的燃气太多导致爆炸，所以可以通过减压器180将燃气压力降低，可以避免出现爆炸的危险，还有利于控制燃气进入第三管道113的量，从而可以有效控制水蒸气与燃气的混合比，保证水蒸气与燃气的混合比比较均匀。

可选的，燃气瓶190和减压器180可以根据实际的需要选择合适大小、型号的燃气瓶190和减压器180，本发明对此不作限制。

可选的，在某些可选的实施方式中，上述系统还包括：控制器，上述控制器与上述第一电磁阀121、上述第二电磁阀122、上述第三电磁阀123、上述第四电磁阀124、上述压力传感器150、上述流量计140和上述水泵160电连接。

可选的，电磁阀、流量计140、压力传感器150和水泵150等均是与电相关的产品，流量计140和压力传感器150采集到的数据是以电信号进行传输，电磁阀与水泵160可以通过电信号来控制打开或者关闭，所以可以设置一个控制器，连接电磁阀、流量计140、压力传感器150和水泵150，用于获取流量计140和压力传感器150采集到的数据，还可以用于控制电磁阀和水泵160，比较方便快捷。

可选的，控制器可以根据实际需要选择合适的控制器，也可以选择其他具备与控制器功能相同或相近的的设备，例如可以用计算机或者用单片机作为控制器，本发明对控制器不做限制。

如图6所示，可选的，在某些可选的实施方式中，上述第一喷嘴131设置在上述第二管道112的内部。

可选的，由于喷嘴的位置靠近蒸汽发生器100，蒸汽发生器100周围温度较高，所以可能会使得进入喷嘴内的水发生沸腾，损坏喷嘴，所以可以将喷嘴设置在第二管道112内，第二管道112可以隔离一部分热量。

应理解，除了第二管道112可以隔离一部分热量外，第二管道112内充满了燃气，燃气的导热性较差，也可以有效地隔离热量，避免进入喷嘴内的水发生沸腾。

可选的，除了将喷嘴置于第二管道112内外，还可以采取其他的措施，避免进入喷嘴内的水发生沸腾，例如可以在将喷嘴设置在可以降温的设备里面，还可以在喷嘴周围设置冷水循环管道，用于降低进入喷嘴内的水的温度。

可选的，还可以在喷嘴周围设置其他隔热层。

如图7所示，可选的，在某些可选的实施方式中，上述系统还包括：混合器200，上述混合器200的流体入口与上述第三管道113连通，上述混合器200的流体出口与上述蒸汽发生器100的入口连通，上述混合器200的内部包括一个可转动的旋转部件，上述旋转部件包括至少一个叶片，上述流体入口与上述流体出口相对。

应理解，为了使得燃气与水蒸气的混合比比较均匀，可以在雾化水和燃气的进入蒸汽发生器100之前，先将雾化水和燃气通入到混合器200，混合器200可以充分混合雾化水和燃气。

可选的，混合器200可以采用静态混合器，通过设计混合器200的内部结构，当燃气和雾化水通入到混合器200后，燃气和雾化水的冲力可以推动混合器200内部的旋转部件转动，从而产生搅拌的效果，使得燃气和雾化水充分混合。

可选的，旋转部件上设置有至少一个叶片，当然，也可以是三个叶片，每个叶片之间的相互夹角可以是120度，燃气和雾化水可以推动叶片，使得旋转部件带动三个叶片同时转动，搅拌效果更好，如此燃气和雾化水混合更均匀。

可选的，混合器200的流体入口与流体出口相对，可以使得燃气和雾化水在混合器200内通过的路径最长，燃气和雾化水在混合器200内通过的路径越长，混合程度越高，燃气和雾化水的混合比越均匀。

如图8所示，储水箱中的水经第一管道111流向管道分流器210，管道分流器210将水分成两条支路，分别流向第一喷嘴131和第二喷嘴132，水流经第一喷嘴131和第二喷嘴132向第二管道112的末端喷射，第二管道112的末端如图8中的方框所示，第一喷嘴131和第二喷嘴132设置在第二管道112的末端内部，燃气瓶190中的燃气经第二管道112流向第二管道112的末端，并在末端与第一喷嘴131和第二喷嘴132喷射出来的雾化水第一次混合，混合后的燃气和雾化水通过第三管道113通入混合器200，并在混合器200中再次混合，燃气和雾化水通过第三管道113的过程中也会不断混合，从混合器200出来的燃气和雾化水流向蒸汽发生器100，在蒸汽发生器100内加热，形成水蒸气与燃气的混合物，在加热过程中，水蒸气与燃气也在不断混合。整个过程中，有多个混合环节，可以使得最后产生的水蒸气和燃气的混合物组分均匀，产生水蒸气和燃气的量也比较稳定。

如图9所示，本发明提供了一种蒸汽发生器的供水方法，应用于上述的一种蒸汽发生器的供水系统的控制器中，上述方法包括：

s100、上述控制器获得流量测量值、压力测量值；

s200、确定流量测量值与预设的流量值的差值是否等于0，若等于，则执行s400，若不等于，则执行s300；

s300、根据上述差值调节上述水泵的转速；

s400、根据上述预设的压力阈值和压力测量值控制上述水泵、上述第一电磁阀121和上述第二电磁阀122中至少一个器件的工作状态。

应理解，流量测量值可以是通过流量计140获得的，压力测量值可以是通过压力传感器150获得的，预设的流量值可以是预先设定在控制程序里的，用于控制水泵160的转速，预设的压力值也可以是预先设定在控制程序里的，用于控制第三电磁阀123和第四电磁阀124的打开或者关闭。

如图10所示，可选的，在某些可选的实施方式中，上述根据上述预设压力阈值和压力测量值控制上述水泵160、上述第一电磁阀121或上述第二电磁阀122的工作状态，包括：

s100、上述控制器获得流量测量值、压力测量值；

s200、确定流量测量值与预设的流量值的差值是否等于0，若等于，则执行s220，若不等于，则执行s210；

s210、确定差值是否大于0；若大于0，则执行s211，若不大于0，则执行s212；

s211、降低上述水泵160的转速；

s212、提高上述水泵160的转速；

s220、确定上述压力测量值是否小于上述预设压力阈值；

若上述压力测量值小于上述预设压力阈值，则执行s221，若上述压力测量值不小于上述预设压力阈值，则执行s224；

s221、确定上述第一电磁阀121和第二电磁阀122是否均打开，若上述第一电磁阀121和上述第二电磁阀122均处于打开状态，则执行s222，若上述第一电磁阀121和上述第二电磁阀122至少有一个没打开，则执行s223；

s222、控制第一电磁阀121关闭或控制第二电磁阀122关闭；

s223、控制上述水泵160停机；

s224、确定上述第一电磁阀121和第二电磁阀122是否均打开，若上述第一电磁阀121和上述第二电磁阀122均处于打开状态，则执行s226，若上述第一电磁阀121和上述第二电磁阀122至少有一个没打开，则执行s225；

s225、控制没有打开的电磁阀打开；

s226、控制上述水泵160停机。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

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