[發明專利]一種固體氧化物燃料電池發電系統的熱區結構

有效

• 申請號: 201611254566.2
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106784924B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 彭軍;趙青;王蔚國;牛金奇;陳濤;何長榮
• 申請（專利權）人: 寧波索福人能源技術有限公司
• 主分類號: H01M8/04014
• 分類號: H01M8/04014;H01M8/04044
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛

一種固體氧化物燃料電池發電系統的熱區結構，包括外殼、電池堆陣列、燃燒器、重整器、氣化預熱器和底板，電池堆陣列外圍布設有通氣管路，重整器位于電池堆陣列的中央，燃燒器位于底板中部，氣化預熱器位于重整器上方，外殼上設有上排煙管、下排煙管和陰極空氣進氣口，外殼的壁面具有用于煙氣和陰極空氣換熱的三層夾層腔體，熱區啟動升溫時，燃燒器產生的煙氣直接通過電池堆陣列陰極孔道給電池堆陣列升溫。本發明對熱區中各部件進行合理布局，同時改進了熱區內部的換熱，使熱區啟動以及穩定運行過程的換熱更加科學合理；并且進一步改善了熱區啟動升溫過程，熱區啟動升溫時煙氣直接通過電池堆陣列的陰極，使熱區升溫速率更快，同時結構也便于安裝拆卸。

技術領域

本發明屬于固體氧化物燃料電池技術領域，尤其涉及一種固體氧化物燃料電池發電系統的熱區結構。

背景技術

固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)發電系統能將燃料中的化學能轉化為電能，是一種清潔、高效的能源轉換方式，發電效率可達60％以上。因為其在高溫下運行，可用燃料的來源廣泛，如天然氣、合成氣、液化氣、氫氣等都可以作為其燃料，便于推廣使用，具有廣闊的應用前景。

熱區是SOFC發電系統實施發電功能的主要場所，一般包括電池堆陣列、重整器、氣化預熱器、換熱器以及燃燒器等部件。燃料在重整器里面被重整處理后進入電池堆陣列發電。原料如天然氣、空氣等的預熱以及水的氣化等熱交換步驟都在熱區里面實現。熱區中各部件的組合方式直接決定著系統的發電效率，因此熱區的設計顯得尤為重要。

熱區的升溫速率是SOFC發電系統的一個重要參數，在實際應用過程中，升溫速率要適當的高，以使系統能較為快速的升溫，便于現場應用。在美國專利US7659022B2和US2012/0178003A1中，電池堆陣列的升溫是靠預熱后的陰極空氣對其進行預熱升溫，具體過程為：陽極尾氣催化燃燒后的煙氣以及陰極尾氣混合組成的尾氣首先預熱陰極空氣，然后陰極空氣再去預熱電池堆陣列，使電池堆陣列升溫。此種預熱方式的弊端就是電池堆陣列的升溫時間較長，不利于系統的快速的啟動。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種結構合理、熱區啟動升溫速率快且換熱效果好的固體氧化物燃料電池發電系統的熱區結構。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種固體氧化物燃料電池發電系統的熱區結構，包括外殼、電池堆陣列、燃燒器、重整器、氣化預熱器和底板，其特征在于：所述外殼為底部開口的筒狀結構，底板對合于外殼的底部，電池堆陣列位于外殼內，電池堆陣列外圍布設有用于電池堆陽極氣體進出的通氣管路，重整器位于電池堆陣列的中央，燃燒器位于底板的中部、重整器的下方，氣化預熱器位于重整器的上方，外殼上設有上排煙管、下排煙管和陰極空氣進氣口，外殼的壁面具有用于煙氣和陰極空氣換熱的三層夾層腔體，其中上排煙管與外殼夾層內腔相通，下排煙管與外殼夾層中腔相通，陰極空氣進氣口與外殼夾層外腔相通，外殼夾層外腔與外殼夾層內腔通過外管路相通，外殼夾層內腔的下部有孔與熱區內部相通，熱區啟動升溫時，燃燒器產生的煙氣直接通過電池堆陣列的陰極孔道給電池堆陣列升溫，再穿過外殼夾層內腔經過上排煙管排放。

作為改進，所述氣化預熱器上設有供天然氣和水進入的重整進料口，重整器的底部設有重整尾氣出口，重整尾氣出口通過重整尾氣布氣管與電池堆陣列的陽極相連接。

作為改進，所述電池堆陣列外圍的通氣管路包括用于給電池堆分配重整尾氣的陽極氣體布氣主管、陽極氣體布氣支管以及用于收集電池堆陣列發電后產生的陽極尾氣的陽極尾氣收集支管和陽極尾氣收集主管，上述管路通過布氣法蘭與電池堆陣列的陽極相連接，并通過底板的通氣法蘭與底板相連接，其中陽極氣體布氣主管與重整尾氣布氣管相連通，重整尾氣通過重整尾氣布氣管進入陽極氣體布氣主管中，并通過與陽極氣體布氣主管相連的陽極氣體布氣支管進入電池堆陣列中的各個電池堆中。

作為改進，所述重整尾氣布氣管設置在底板內部或底板的下面。