本实用新型涉及新能源车辆技术领域，特别是设有车载sofc燃气系统的新能源车辆的脱硫装置。本实用新型还涉及设有所述脱硫装置的车载sofc燃气系统和新能源车辆。
背景技术：
固态氧化物燃料电池(solidoxidefuelcells，缩写为sofc)主要是由多孔的阳极和阴极，以及致密的电解质，通过烧结复合在一起，它是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置，被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(pemfc)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。
在不同类型的燃料电池中，sofc的工作温度最高，属于高温燃料电池。由于sofc发电的排气有很高的温度，具有较高的利用价值，可以提供天然气重整所需热量，也可以用来生产蒸汽，更可以和燃气轮机组成联合循环，非常适用于分布式发电，也可以将其技术应用到车载系统中，为车辆提供动力电源。
燃料电池所需燃料以天然气最为经济，但天然气中的硫化物很容易对电堆的单元造成毒化，造成运行功率下降，输出电量不足等现象，因此sofc燃气系统中的脱硫装置是非常关键的部件。
因此，如何设计能够保证脱硫效果的脱硫装置，以满足车载sofc燃气系统使用要求，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种脱硫装置。该装置用于去除车载sofc燃气系统所使用燃料气体中的含硫物质，使燃料气体在通过该装置的脱硫之后，能够满足电堆单元对燃料气体脱硫效果的需求。
本实用新型的另一目的是提供一种设有所述脱硫装置的车载sofc燃气系统。
本实用新型的又一目的是提供一种设有所述车载sofc燃气系统的新能源车辆。
为实现上述目的，本实用新型提供一种脱硫装置，用于车载sofc燃气系统，包括至少两个在气路上并联的脱硫罐；各所述脱硫罐包括罐体、设于所述罐体上端的上封件、设于所述罐体下端的下封件、以及沿横断面设于所述罐体内部的格栅；所述格栅包括下层格栅、中层格栅和上层格栅，所述下层格栅与中层格栅之间形成填充有第一脱硫剂的第一脱硫腔，所述中层格栅与上层格栅之间形成填充有第二脱硫剂的第二脱硫腔；所述下层格栅与下封件之间形成进气腔，所述罐体设有向所述进气腔输入燃料气体的进气管；所述上层格栅与上封件之间形成出气腔，所述罐体设有从所述出气腔向外输出燃料气体的出气管。
优选地，所述第一脱硫腔内部填充的第一脱硫剂为有机硫催化剂，所述第二脱硫腔内部填充的第二脱硫剂为无机硫催化剂。
优选地，所述罐体的侧壁设有位于所述下层格栅下方的第一通孔，所述进气管沿所述第一通孔穿入所述进气腔并向内径向延伸，其内端管口大体位于所述进气腔的中心位置。
优选地，所述上层格栅的中部设有第二通孔，所述罐体的侧壁设有位于所述上层格栅下方的第三通孔；所述出气管沿所述第二通孔从所述出气腔穿入所述第二脱硫腔，并在所述第二脱硫腔内部转向后沿所述第三通孔从所述第二脱硫腔穿出所述罐体，其内端管口大体位于所述出气腔的中心位置，其外端管口延伸至所述罐体的外部。
优选地，所述进气管的内端在管口处设有用于将燃料气体向外均匀喷射的气体分布器。
优选地，所述下层格栅、中层格栅和上层格栅设有能够通过燃料气体并阻挡第一脱硫剂和第二脱硫剂的金属烧结网。
优选地，所述罐体呈圆筒形，所述下层格栅、中层格栅和上层格栅分别呈圆形，其中，所述中层格栅包括能够对接成整圆或拆分为两个半圆的第一半圆部分和第二半圆部分。
优选地，所述罐体的主体部分为内部抛光的无缝不锈钢钢管。
为实现上述另一目的，本实用新型提供一种车载sofc燃气系统，包括燃料输送处理单元、燃料电池发电单元以及能量回收单元，所述燃料输送处理单元的燃料输送路径上设有上述任一项所述的脱硫装置。
为实现上述又一目的，本实用新型提供一种新能源车辆，包括车体和设于所述车体的动力电池，所述动力电池设有上述车载sofc燃气系统。
本实用新型所提供的用于车载sofc燃气系统的脱硫装置，设有至少两个并联的脱硫罐，既降低了罐体高度，又减小了罐内气体流速，从而增加了气体漫过催化剂床体的时间，保证了气体与催化剂吸附及反应时间，可显著提高脱硫效果；同时，在各脱硫罐的第一脱硫腔和第二脱硫腔内填充有不同类型的脱硫剂，通过填充不同类型的脱硫剂，能够按照先后次序分步去除燃料气体中不同类型的含硫物质，从而进一步提高脱硫效果。此外，这种脱硫装置结构简单，易于在车辆上布置，为车载sofc燃气系统在新能源车辆上的应用提供了技术保障，有助于实现此类新能源车辆的生产和实际使用。
本实用新型所提供的车载sofc燃气系统和新能源车辆设有所述脱硫装置，由于所述脱硫装置具有上述技术效果，则设有该脱硫装置的车载sofc燃气系统和新能源车辆也应具有相应的技术效果。
附图说明
图1为本实用新型实施例公开的一种脱硫装置的两个脱硫罐在气路上相并联的结构示意图；
图2为本实用新型实施例公开的一种脱硫装置的单个脱硫罐的结构示意图。
图中：
1.下封头2.进气管3.下层格栅4.中层格栅5.罐体6.上层格栅7.筒体法兰8.紧固螺栓9.密封垫片10.上封头11.出气管12.脱硫罐13.第一脱硫剂14.第二脱硫剂
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
在本文中，“上、下、左、右”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
sofc燃气系统所适用的燃料范围较为广泛，例如氢气、cng(压缩天然气)、lng(液化天然气)、甲烷、煤气等，但无论是哪种气体，都需要将气体中的含硫物质除去，否则含硫物质会毒化电池发电单元，使电池发电效率降低，缩短燃料电池寿命，为了除去燃料气体中的含硫物质，必须要在燃料输送单元中增加除硫装置。
请参考图1、图2，图1为本实用新型实施例公开的一种脱硫装置的两个脱硫罐在气路上相并联的结构示意图；图2为本实用新型实施例公开的一种脱硫装置的单个脱硫罐的结构示意图。
如图所示，在一种具体实施方式中，本实用新型所提供的脱硫装置主要用于车载sofc燃气系统，其设有两个在气路上并联的脱硫罐12，两个脱硫罐12可并排放置、定位，以降低罐体高度，从而更加易于布置在车上，若受到结构空间限制，无法并排放置、定位，则两个脱硫罐12中的一者可以设置在较高的位置，另一者可以设置在较低的位置，即采用一高一低的布置方式，并且两个脱硫罐12在高度方向上部分重叠，这样依然可以有效降低脱硫罐12的整体高度。
各脱硫罐12主要由罐体5、设于罐体5上端的上封头10、设于罐体5下端的下封头1、沿横断面设于罐体5内部的格栅以及进气管1和出气管11等部件构成，其中，下封头1可通过焊接、铆接或卡接等方式固定连接在罐体5的下端，并且与罐体5的下端形成密封结构；罐体5的上端具有一筒体法兰7，此筒体法兰7的上半部分的内腔直径相同，为圆形内腔，下半部分的内腔直径从上向下逐渐变大，为锥形内腔，此筒体法兰7相对于罐体5主体部分具有较厚的径向尺寸，也就是说具有较大的壁厚，以便开设第一螺栓孔，上封头10上开设有第二螺栓孔，上封头10通过穿入第一螺栓孔和第二螺栓孔的紧固螺栓8固定连接在筒体法兰7的顶部，为保证密封性能，在上封头10与筒体法兰7的顶部之间还设有由两者压紧的密封垫片9。该设计保证密封面的软硬度合适，可以压紧，能承受一定压力。
此外，还可以在上封头10与筒体法兰7相贴合的下表面上加工两道或多道环形密封槽，通过紧固螺栓8预紧的压力，将密封垫挤到密封槽内，从而进一步提高密封性能，密封槽可位于紧固螺栓8的内侧或者外侧，或者，一部分密封槽位于紧固螺栓8的内侧，另一部分密封槽位于紧固螺栓8的外侧。
格栅分为下层格栅3、中层格栅4和上层格栅6，下层格栅3与中层格栅4之间形成填充有第一脱硫剂13的第一脱硫腔，中层格栅4与上层格栅6之间形成填充有第二脱硫剂14的第二脱硫腔；下层格栅3与下封头1之间形成进气腔，罐体5设有与进气腔连通的进气管2，以便向进气腔输入燃料气体；上层格栅6与上封头10之间形成出气腔，罐体5设有与出气腔连通的出气管11，以便从出气腔向外输出燃料气体。
具体地，罐体5的侧壁设有位于下层格栅3下方的第一通孔，进气管2沿第一通孔穿入进气腔并向内径向延伸，其内端管口大体位于进气腔的中心位置。
上层格栅6的中部设有第二通孔，罐体5的侧壁设有位于上层格栅6下方的第三通孔；出气管11沿第二通孔从出气腔穿入第二脱硫腔，并在第二脱硫腔内部转向后沿第三通孔从第二脱硫腔穿出罐体5，其内端管口大体位于出气腔的中心位置，其外端管口延伸至罐体5的外部。
第一脱硫腔内部填充的第一脱硫剂13为有机硫催化剂13，第二脱硫腔内部填充的第二脱硫剂14为无机硫催化剂14。通过在各脱硫罐12的第一脱硫腔和第二脱硫腔内填充不同类型的脱硫剂，先脱除有机硫再脱除无机硫，能够按照先后次序分步去除燃料气体中不同类型的含硫物质，从而进一步提高脱硫效果。
脱硫罐12中的催化剂的脱硫原理既包括吸附也包括化学反应，为了保证sofc燃气系统在单位时间内燃烧所需燃料气体，在气体通道内必须保持一定流速，在气体一定流速下，如果通道越长(短)，则气体流经的时间越长(短)。如果气体漫过催化剂床体时间过短，则催化剂对气体吸附时间及化学反应时间不充分，则除硫效果就会不满足sofc燃气系统要求，同时由于车载使用，车体对罐体安装的尺寸也有一定限制，脱硫罐12的高度不宜过大，因此对于脱硫装置高度是有一定要求的，既要满足催化剂特性，又要综合考虑车载具体情况，在采用了双罐并联结构之后，既降低了罐体高度，又减小了罐内气体流速，从而增加了气体漫过催化剂床体时间，保证了气体与催化剂吸附及反应时间。
为了应对车辆颠簸会对两种催化剂造成混合而降低催化效果，进气管2从罐体5底部横向插入，并在内端管口处安置锥形气体分布器，锥形气体分布器的作用是将进气管2内的燃料气体向外均匀喷射，避免催化剂颗粒受气体直接冲击，从而使气体从罐体5底部均匀漫过催化剂床体，进气腔内压力均匀，可以保证出气的均匀，锥形气体分布器可具有过滤功能，其过滤精度为μm级别，出气管11位于出气腔的内端设有过滤器，其过滤精度为也为μm级别。
由于锥形气体分布器可根据进气管2的管径和进气腔的面积，直接从现有技术中进行选型，因此，这里就不对锥形气体分布器的具体结构做详细说明。
为了避免由于车辆颠簸造成两种催化剂的混杂，下层格栅3、中层格栅4和上层格栅6设有金属烧结网，金属烧结网的网面有均匀的孔径，孔径大小为μm级，金属烧结网能够允许燃料气体通过而阻挡第一脱硫剂13和第二脱硫剂14相互混杂，同时，下层格栅3的金属烧结网可防止第一脱硫剂13进入进气腔，上层格栅6的金属烧结网可防止第二脱硫剂14进入出气腔。
在实际组装时，金属烧结网可先与边条焊接，然后再整体加工，保证金属烧结网与罐体5内壁的缝隙小于催化剂颗粒物直径；在装填催化剂的时候，按照顺序装填，先向第一脱硫腔填充第一脱硫剂13，在震动压实后，放置中层格栅4，然后再向第二脱硫腔填充第二脱硫剂14，再次震动压实，放置上层格栅6，紧固上封头10。这样就可以保证两种催化剂被隔成两部分，不仅可以避免两种催化剂混合，还可避免由于车辆的颠簸，催化剂之间的颗粒受到激烈相互撞击而破碎成粉末，降低催化及吸附效果。
罐体5呈圆筒形，上封头10、下封头1、下层格栅3、中层格栅4和上层格栅6分别呈圆盘形，其中，中层格栅4包括能够对接成整圆或拆分为两个半圆的第一半圆部分和第二半圆部分。这种分体拼接结构既有利于更换催化剂时取出格栅，又可以防止不同催化剂颗粒沿间隙混杂。
罐体5可采用无缝不锈钢钢管制作，内部进行抛光处理，避免颗粒吸附在罐壁上，通过表面处理可以延长使用时间，同时罐体5可留有一定的腐蚀余量，以保证设备能够长期运行。
上述实施例仅是本实用新型的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，罐体5与上封头10或下封头1一体成型，或者，罐体5在横截面上呈正方形或多边形，又或者，上封头10或下封头1通过其他形式或结构与罐体5密封连接，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。
根据至少一种实施例，采用上述结构配置和连接方式，能够降低罐体高度，减小罐内气体流速，增加气体漫过催化剂床体的时间，保证气体与催化剂吸附及反应时间，同时，通过填充不同类型的脱硫剂，能够按照先后次序分步去除燃料气体中不同类型的含硫物质，从而提高脱硫效果。此外，这种脱硫装置结构简单，易于在车辆上布置，为车载sofc燃气系统在新能源车辆上的应用提供了技术保障，可以降低此类新能源车辆对起源的要求，解决车辆加气的气源问题，避开了大规模配套加气站的基础设施建设，依托现有资源就可以为车辆供气，实现了车辆“吃粗粮”，有助于实现此类新能源车辆的生产和实际使用。
除了上述脱硫装置，本实用新型还提供一种车载sofc燃气系统，包括燃料输送处理单元、燃料电池发电单元以及能量回收单元，其中，燃料输送处理单元的燃料输送路径上设有上文中的脱硫装置，有关车载sofc燃气系统的其他结构请参考现有技术，本文不再赘述。
本实用新型还提供一种新能源车辆，包括车体和设于车体的动力电池，所述动力电池设有上述车载sofc燃气系统，有新能源车辆的其他结构请参考现有技术，本文不再赘述。
以上对本实用新型所提供的脱硫装置、车载sofc燃气系统及新能源车辆进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
1.一种脱硫装置，用于车载sofc燃气系统，其特征在于，包括至少两个在气路上并联的脱硫罐；各所述脱硫罐包括罐体、设于所述罐体上端的上封件、设于所述罐体下端的下封件、以及沿横断面设于所述罐体内部的格栅；所述格栅包括下层格栅、中层格栅和上层格栅，所述下层格栅与中层格栅之间形成填充有第一脱硫剂的第一脱硫腔，所述中层格栅与上层格栅之间形成填充有第二脱硫剂的第二脱硫腔；所述下层格栅与下封件之间形成进气腔，所述罐体设有向所述进气腔输入燃料气体的进气管；所述上层格栅与上封件之间形成出气腔，所述罐体设有从所述出气腔向外输出燃料气体的出气管。
2.根据权利要求1所述的脱硫装置，其特征在于，所述第一脱硫腔内部填充的第一脱硫剂为有机硫催化剂，所述第二脱硫腔内部填充的第二脱硫剂为无机硫催化剂。
3.根据权利要求2所述的脱硫装置，其特征在于，所述罐体的侧壁设有位于所述下层格栅下方的第一通孔，所述进气管沿所述第一通孔穿入所述进气腔并向内径向延伸，其内端管口大体位于所述进气腔的中心位置。
4.根据权利要求3所述的脱硫装置，其特征在于，所述上层格栅的中部设有第二通孔，所述罐体的侧壁设有位于所述上层格栅下方的第三通孔；所述出气管沿所述第二通孔从所述出气腔穿入所述第二脱硫腔，并在所述第二脱硫腔内部转向后沿所述第三通孔从所述第二脱硫腔穿出所述罐体，其内端管口大体位于所述出气腔的中心位置，其外端管口延伸至所述罐体的外部。
5.根据权利要求4所述的脱硫装置，其特征在于，所述进气管的内端在管口处设有用于将燃料气体向外均匀喷射的气体分布器。
6.根据权利要求5所述的脱硫装置，其特征在于，所述下层格栅、中层格栅和上层格栅设有能够通过燃料气体并阻挡第一脱硫剂和第二脱硫剂的金属烧结网。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的脱硫装置，其特征在于，所述罐体呈圆筒形，所述下层格栅、中层格栅和上层格栅分别呈圆形，其中，所述中层格栅包括能够对接成整圆或拆分为两个半圆的第一半圆部分和第二半圆部分。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的脱硫装置，其特征在于，所述罐体的主体部分为内部抛光的无缝不锈钢钢管。
9.一种车载sofc燃气系统，包括燃料输送处理单元、燃料电池发电单元以及能量回收单元，其特征在于，所述燃料输送处理单元的燃料输送路径上设有上述权利要求1至8中任一项所述的脱硫装置。
10.一种新能源车辆，包括车体和设于所述车体的动力电池，其特征在于，所述动力电池设有上述权利要求9所述的车载sofc燃气系统。
技术总结