[發(fā)明專利]一種燃料電池系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910147643.1
• 申請(qǐng)日: 2019-02-27
• 公開（公告）號(hào): CN111628190A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李萍萍;吳培華;李初福;周衛(wèi)華;巴黎明;靳現(xiàn)林;姚金松;劉長磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司;神華新能源有限責(zé)任公司;北京低碳清潔能源研究所
• 主分類號(hào): H01M8/04007
• 分類號(hào): H01M8/04007;H01M8/04089;H01M8/04701;H01M8/0662
• 代理公司: 北京中博世達(dá)專利商標(biāo)代理有限公司 11274
• 代理人: 申健

本發(fā)明公開一種燃料電池系統(tǒng)，涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，為有效提高燃料氣體的全程燃料利用率，提高發(fā)電效率而發(fā)明。燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池組件；陽極換熱器，陽極換熱器包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，第一端口與第二端口連通，第三端口與所述第四端口連通，第一端口用于通過燃料氣體，第二端口與燃料電池組件的陽極進(jìn)氣口連通，第三端口與燃料電池的陽極出氣口連通，第四端口分別通過第一分流管和第二分流管與第一端口連通；脫碳脫水裝置，脫碳脫水裝置的進(jìn)口端與第二分流管連通，出口端與第一端口連通。本發(fā)明燃料電池系統(tǒng)用于提高電池工作性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)

固體氧化物燃料電池是利用價(jià)格較為便宜的碳?xì)浠衔锢缣烊粴夂兔喝紵蟮暮铣蓺獾茸鳛槿剂蠚怏w以提供氫源，利用空氣作為氧源，碳?xì)浠衔镌谌剂想姵亟M件的上游進(jìn)行重整。

現(xiàn)有的固體氧化物燃料電池的單程燃料利用率(單程燃料利用率指燃料氣體從陽極進(jìn)氣口進(jìn)入電池并燃燒，再從陽極出氣口排出尾氣，在此過程中，燃料氣體的利用率)一般不會(huì)超過85％，因此電池陽極出氣口排出的尾氣中會(huì)含有部分未利用的燃料氣體(主要成分為CO、H₂)，為了充分回收這部分燃?xì)鉄嶂悼梢酝ㄟ^設(shè)置尾氣循環(huán)，以提高燃料氣體的全程燃料利用率(全程燃料利用率指上述描述的單程和循環(huán)之和，燃料氣體的利用率)，使得燃料氣體的化學(xué)能盡可能的轉(zhuǎn)化為電能。

現(xiàn)有技術(shù)中有一種帶有尾氣循環(huán)的固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，利用燃料廢氣采用循環(huán)管和噴射泵使燃料電池中的燃料廢氣再循環(huán)到該電池的燃料側(cè)的入口。但是，燃料廢氣中含有高含量的惰性氣體CO₂，燃料廢氣與燃料氣體混合后不僅流量大大增加也會(huì)稀釋可燃?xì)怏w(CO、H₂、CH₄等)的濃度，進(jìn)而影響燃料電池內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。

現(xiàn)有技術(shù)中提供了一種燃料電池尾氣循環(huán)利用裝置，其在燃料進(jìn)口處設(shè)置一個(gè)填充有脫硫脫碳劑的吸收罐，燃料氣體通過脫硫脫碳罐凈化脫硫后通入燃料電池陽極，陽極的燃料廢氣接散熱管路和保溫管路返回吸收罐，保溫管路上設(shè)有閥門，當(dāng)吸收罐溫度低于30℃時(shí)打開保溫管路閥門。當(dāng)吸收罐溫度大于或等于60度時(shí)關(guān)閉閥門，以此維持吸收罐溫度，燃料廢氣在吸收罐內(nèi)脫除CO₂后與新鮮的燃料氣體一同進(jìn)入燃料電池進(jìn)行陽極反應(yīng)，該裝置雖然有效脫除了CO₂，避免稀釋可燃?xì)怏w濃度的現(xiàn)象，但是，還存有下述技術(shù)問題：1.吸收罐的工作溫度約為60℃，燃料電池的工作溫度約為700-800℃，燃料電池的出口高溫尾氣(約800℃)必須經(jīng)過降溫后進(jìn)入吸收罐，該裝置通過散熱管路以對(duì)高溫尾氣進(jìn)行散熱，造成熱量嚴(yán)重?fù)p失，且未對(duì)該熱量進(jìn)行充分利用。同時(shí)經(jīng)脫碳后的尾氣與新鮮燃料氣體混合后需要預(yù)熱進(jìn)入燃料電池，該裝置未設(shè)置任何內(nèi)部熱量回收裝置，需要引入外部熱源(如電加熱)，總體來看雖然通過燃料電池發(fā)電量有所提升，但是由于低溫吸收罐的引入，整個(gè)燃料電池的發(fā)電效率提升不大，反倒有可能會(huì)下降；2.該裝置也忽略了燃料電池進(jìn)口水碳比(以氧原子和碳原子比例計(jì)算)的調(diào)節(jié)，含有CO、CH₄等碳?xì)淙剂线M(jìn)入燃料電池中會(huì)有結(jié)焦的可能性，一般進(jìn)口氣體的水碳比不應(yīng)低于2.0，否則需要額外在電池內(nèi)加入水蒸氣，水蒸氣的額外補(bǔ)入會(huì)帶走部分電池?zé)崃繌亩绊戨姵匕l(fā)電效率，該裝置的吸收罐中的脫硫脫碳劑在脫去CO₂的同時(shí)也會(huì)將水蒸氣脫去，再循環(huán)回燃料電池，水碳比是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因此需要額外引入水蒸氣，這樣就會(huì)降低了發(fā)電效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種燃料電池系統(tǒng)，主要目的是充分利用燃料電池的燃料廢氣、避免燃料廢氣中的CO₂稀釋可燃?xì)怏w濃度的現(xiàn)象、且充分利用燃料電池尾氣所排出的熱量，保障反應(yīng)的水碳比，最終有效提高燃料氣體的全程燃料利用率，提高發(fā)電效率。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種燃料電池系統(tǒng)，包括：