[發明專利]一種固體氧化物燃料電池系統熱部件測試裝置和方法

有效

• 申請號: 202110799995.2
• 申請日: 2021-07-15
• 公開（公告）號: CN113540525B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 馬孔融;白書戰;瞿遙;王桂華;李國祥;李思遠;李文聰;湯宇君
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01M8/04298
• 分類號: H01M8/04298;H01M8/04007;H01M8/04014;G01N31/12
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張曉鵬

本發明涉及一種固體氧化物燃料電池系統熱部件測試裝置和方法。包括：燃燒器，包括陰極廢氣進口、甲烷進口和陽極廢氣進口；陰極廢氣管線，包括加熱器，與燃燒器的陰極廢氣進口連接；氮氣支管線，與陰極廢氣管線的加熱器的入口端連接；甲烷管線，與燃燒器的燃料入口端相連；陽極廢氣管線，包括加熱器，與燃燒器的陽極廢氣進口連接。模擬電堆運行過程中，燃燒器的啟動和穩定運行兩種工況，陰極廢氣管線和陽極支管線分別與燃燒器連接，分別用于模擬陽極廢氣和陰極廢氣進入到燃燒器。可以較好的用于研究燃燒器的特性和可靠性的研究。

技術領域

本發明屬于固體氧化物燃料電池技術領域，具體涉及一種固體氧化物燃料電池系統熱部件測試裝置和方法。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

固體氧化物燃料電池是第三代高溫燃料電池，具有高效率，零污染，零噪音等特點，它的燃料可選擇范圍較廣，汽油、柴油、天然氣、水煤氣等都可作為其燃料。以天然氣為例，在工作過程中燃料通過電堆前的重整器重整為H₂，CO等氣體，該氣體通入電堆陽極，空氣通入電堆陰極，兩者在電堆內反應，產生電能。

在實際固體氧化物燃料電池系統中其運行過程涉及啟動和穩定運行兩個過程。在啟動過程中，先將CH₄氣體通入燃燒器中燃燒，并用燃燒器的尾氣預熱空氣，將空氣通入電堆陰極，預熱電堆。在穩定運行過程，陽極和陰極的氣體反應后，由于氣體流量，電池能量利用率等因素的影響，陽極廢氣(AOG)中的H2，CO氣體不能完全反應，同時又有較高的溫度(含有較高能量)；陰極廢氣(COG)由于O2被反應掉一部分，其主要成分是高溫的貧氧空氣。需要對兩種氣體尤其是陽極廢氣進行處理。通常的處理方法是將兩者按一定比例通入燃燒器中燃燒，將H₂，CO等氣體處理掉的同時為整個系統提供能量。

固體氧化物燃料電池(SOFC)需要工作在600℃～1000℃，因此需要額外的能源供給其啟動過程和穩定運行過程。在固體氧化物燃料電池工作過程中，溫度較高，為了減小電堆的熱應力的同時保證啟動和正常運行過程中的能量供給，通常要求電堆的進口空氣和燃氣有一定的溫度，因此在外圍熱管理系統中燃燒器提供能量的來源，熱交換器將該能量轉移到電堆進口氣體中，使固體氧化物燃料電池電堆能夠正常運行。所以對于固體氧化物燃料電池外圍熱管理系統的研究來說，燃燒器特性研究、燃燒器可靠性研究、熱交換器轉化率研究、熱交換器可靠性研究等都是必不可少的研究內容。

現階段對于整個熱管理系統實現方法研究較多，對于熱管理系統中某關鍵部件的研究較少。

發明內容

針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種固體氧化物燃料電池系統熱部件測試裝置和方法。

為了解決以上技術問題，本發明的技術方案為：

第一方面，一種固體氧化物燃料電池系統熱部件測試裝置，包括：

燃燒器，包括陰極廢氣進口、甲烷進口和陽極廢氣進口；

陰極廢氣管線，包括加熱器，與燃燒器的陰極廢氣進口連接；

氮氣支管線，與陰極廢氣管線的加熱器的入口端連接；

甲烷管線，與燃燒器的甲烷進口連接；

陽極廢氣管線，包括加熱器，與燃燒器的陽極廢氣進口連接。

模擬電堆運行過程中，燃燒器的啟動工礦，不包含氮氣支管線的陰極廢氣管線和甲烷管線分別與燃燒器連接，分別作為模擬啟動工況中的燃料和空氣。

模擬電堆運行過程中，燃燒器的穩定運行工況，包括氮氣支管線在內的陰極廢氣管線和陽極廢氣管線分別與燃燒器連接，分別用于模擬陽極廢氣和陰極廢氣進入到燃燒器。