[發明專利]一種用于固體氧化物燃料電池電堆、BOP部件及系統熱區的熱學-電學聯合測試裝置

在審

• 申請號: 202110282126.2
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN112968196A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 夏天;周劍武;洪凌;李曉潔;鄔榮敏;壽春暉;田彭杰;秦剛華;孫士恩
• 申請（專利權）人: 浙江浙能技術研究院有限公司
• 主分類號: H01M8/0432
• 分類號: H01M8/0432;H01M8/0438;H01M8/04992
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

本發明涉及一種用于固體氧化物燃料電池電堆、BOP部件及系統熱區的熱學?電學聯合測試裝置，包括氣體流量控制模塊、氣體預熱模塊、電堆測試模塊、尾氣處理模塊、測控模塊和BOP部件測試模塊；當熱學?電學聯合測試裝置進行電堆電學?熱學聯合測試時，氣體流量控制模塊連接氣體預熱模塊,氣體預熱模塊連接電堆測試模塊。本發明的有益效果是：提供了一種能靈活擴展的SOFC電堆及BOP系統熱學?電學聯合測試平臺，從電堆至發電系統研發過程中，分模塊的設計使其能靈活的調節測試對象與內容，滿足從電堆測試、BOP部件測試、系統熱區及整體發電系統的一系列不同的測試需求。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，尤其涉及一種用于固體氧化物燃料電池電堆、BOP部件及系統熱區的熱學-電學聯合測試裝置。

背景技術

燃料電池是一種電化學發電裝置。相較于傳統的熱機發電，燃料電池能將化學能直接轉換為電能，而不受卡諾循環的限制，因此能實現較高的發電效率。此外，由于發電過程中主體部分沒有機械運動，可以有效避免噪聲、振動等問題，能有效提升發電設備的可靠性。可以看出，燃料電池是一種高效的、綠色的發電技術。

燃料電池依據其電解質的種類可劃分為：固體氧化物燃料電池(SOFC)、質子交換膜燃料電池(PEMC)、熔融鹽燃料電池(MCFC)、磷酸鹽燃料電池(PAFC)等。其中固體氧化物燃料電池(SOFC)工作溫度高(600～850℃)，使其能適應不同的燃料，包括天然氣、煤氣、氫氣等，同時也能具有較高的發電效率。

然而燃料電池具有較高的工作溫度，為實現較高的能量利用率，設計發電系統必然需要考慮熱量的回收與利用。一般而言使用甲烷的SOFC發電系統內部主要由電堆以及重整器、汽化器、燃燒器、換熱器等BOP部件構成。各部件的溫度、壓力、流量、氣體組分等參數相互耦合，同時包含電堆電化學響應、重整等化學平衡的響應、氣體及部件溫度響應的不同層次的響應延遲，可以發現使用甲烷的SOFC發電系統是一個高耦合、大延遲的系統，該系統流程的設計及控制具有較大的難度。

以往燃料電池測試的方法及標準一般更關注于電堆的電學性能測試，而以往燃料電池關于其熱學性能的測試則較為匱乏。進一步地，在SOFC電堆搭建至發電系統過程中，涉及測試內容繁多，且不同部件相互組后會產生復雜的影響，這些都需要單獨的測試以優化性能參數，此時單一的測試平臺難以滿足所有的測試需求。為得到有效的、可借鑒的電堆-系統測試結果，需要一種測試范圍廣，能靈活調整測試內容的測試平臺。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種用于固體氧化物燃料電池電堆、BOP部件及系統熱區的熱學-電學聯合測試裝置。

這種用于SOFC及BOP部件的熱學-電學聯合測試裝置，能進行電堆、BOP部件以及系統熱區的一系列測試，包括：氣體流量控制模塊、氣體預熱模塊、電堆測試模塊、尾氣處理模塊、測控模塊和BOP部件測試模塊；當熱學-電學聯合測試裝置進行電堆電學-熱學聯合測試時，氣體流量控制模塊連接氣體預熱模塊，氣體預熱模塊連接電堆測試模塊，電堆測試模塊連接尾氣處理模塊；測控模塊電連接電堆測試模塊；當熱學-電學聯合測試裝置進行BOP部件熱學性能測試時，氣體流量控制模塊連接氣體預熱模塊，氣體預熱模塊連接BOP部件測試模塊，BOP部件測試模塊連接尾氣處理模塊；測控模塊電連接BOP部件測試模塊；當熱學-電學聯合測試裝置進行系統熱區/不完整熱區聯合測試時，氣體流量控制模塊連接氣體預熱模塊，電堆測試模塊和BOP部件測試模塊并聯(根據系統熱區設計連接)后一端接入氣體預熱模塊，另一端接入尾氣處理模塊；測控模塊電連接BOP部件測試模塊和電堆測試模塊。

作為優選，氣體流量控制模塊和氣體預熱模塊之間還插入有重整模塊，用于重整甲烷或其他碳氫燃料，生產后續測試用的重整氫氣；重整模塊還用于分析電堆在使用重整氫氣時，相較于純氫氣性能的變化；重整模塊包含氣體凈化裝置(為氣體凈化器)、高溫水蒸氣供給裝置(為電加熱蒸汽發生器)、高溫重整裝置(為電加熱重整器)和配套的降溫裝置。