[發(fā)明專利]一種固體氧化物燃料電池系統(tǒng)用重整換熱一體化裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111638286.2
• 申請日: 2021-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN114497624A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊佳軍;嵇鈺濤;諶旭東;吳開明;李箭
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢科技大學(xué);武漢華科福賽新能源有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01M8/04007
• 分類號(hào): H01M8/04007;H01M8/0432;H01M8/0612
• 代理公司: 武漢藍(lán)寶石專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42242
• 代理人: 萬暢

本發(fā)明涉及一種固體氧化物燃料電池系統(tǒng)用重整換熱一體化裝置，包括筒狀的殼體，殼體內(nèi)部等距設(shè)置有多個(gè)燃料氣重整換熱流道，每兩個(gè)相鄰的燃料氣重整換熱流道之間的空腔為煙氣流道，燃料氣重整換熱流道兩端均連接有燃料氣混合罩，兩個(gè)燃料氣混合罩上分別安裝有燃料氣入口管道、燃料氣出口管道，煙氣流道的兩端均連接有煙氣混合罩，兩個(gè)煙氣混合罩上分別安裝有熱煙氣入口管道、煙氣出口管道，煙氣流道與燃料氣重整換熱流道相互密封隔絕。該裝置將重整和換熱兩部分集成為一個(gè)整體，降低了SOFC系統(tǒng)的體積和復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)的體積功率密度和熱效率；煙氣流道腔體內(nèi)安裝有折流擋板或者煙氣換熱板，提高了換熱效率；節(jié)約了貴金屬催化劑的使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固體氧化物燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種固體氧化物燃料電池系統(tǒng)用重整換熱一體化裝置。

背景技術(shù)

固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)可將燃料的化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能，其熱電聯(lián)供時(shí)最高能量利用率可達(dá)90％以上。此外，其燃料選擇性廣，除氫氣、一氧化碳外，天然氣、乙醇、柴油等碳?xì)浠衔锞勺鳛槠淙剂稀OFC常用的陽極材料為Ni－YSZ(氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯)，Ni在高溫下具有較強(qiáng)的催化活性，碳?xì)浠衔飿O易在Ni的催化下發(fā)生裂解生成碳，碳在陽極的沉積將導(dǎo)致電池性能快速衰減甚至破裂。為避免上述情況的發(fā)生，在使用碳?xì)淙剂蠒r(shí)，通常將其與水蒸氣重整為H2和CO，再通入SOFC電堆陽極側(cè)進(jìn)行發(fā)電。

碳?xì)浠衔锓N類繁多，其中甲醇(CH3OH)具有體積能量比高、H/C比高、資源豐富、存儲(chǔ)運(yùn)輸便利、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。通過與水蒸氣重整(見如下反應(yīng)式)，甲醇可以較為容易地轉(zhuǎn)化為H2和CO，以上兩種產(chǎn)物可直接供SOFC使用。甲醇水蒸氣重整為強(qiáng)吸熱反應(yīng)(反應(yīng)式如下)，而SOFC的工作溫度在650～800℃之間，完全可以利用SOFC工作中產(chǎn)生的高溫?zé)煔鉃榧状贾卣峁崃俊Ｒ虼思状际且环N潛在的SOFC用優(yōu)質(zhì)燃料，特別是在強(qiáng)調(diào)燃料存儲(chǔ)的交通運(yùn)輸場景下。

CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂ ΔH＝50.7kJ/mol

研究表明，在適當(dāng)?shù)拇呋瘎┖退急认拢状荚?50～350℃即可完全重整，而該溫度下獲得的重整氣的溫度還達(dá)不到SOFC的工作要求(650～800℃)，因此需對(duì)重整氣進(jìn)一步預(yù)熱才能供電堆使用。為解決上述問題，通常會(huì)單獨(dú)設(shè)置一個(gè)重整器，再在重整器下游串聯(lián)一個(gè)換熱器，利用系統(tǒng)熱煙氣為重整器和換熱器分別供熱。以上設(shè)計(jì)不僅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和體積，還導(dǎo)致了氣體傳輸過程中額外的熱損失，從而降低系統(tǒng)的體積功率密度和熱效率。

目前，以天然氣為燃料的SOFC系統(tǒng)重整器通常采用廉價(jià)的Ni基催化劑，因此在重整器設(shè)計(jì)時(shí)無需考慮催化劑的量。而對(duì)于甲醇重整而言，首選仍然是最穩(wěn)定、高效的負(fù)載型Pt、Ru、Pd等貴金屬催化劑。因此，如何在盡量減少催化劑使用量的情況下保證輸入的甲醇燃料完全重整，是基于甲醇為燃料的SOFC系統(tǒng)重整器設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的問題。

因此，需要一種固體氧化物燃料電池系統(tǒng)用重整換熱一體化裝置，以解決上述技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種固體氧化物燃料電池系統(tǒng)用重整換熱一體化裝置。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種固體氧化物燃料電池系統(tǒng)用重整換熱一體化裝置，包括筒狀的殼體，所述殼體的內(nèi)部等距設(shè)置有多個(gè)燃料氣重整換熱流道，每兩個(gè)相鄰的燃料氣重整換熱流道之間的空腔為煙氣流道，所述燃料氣重整換熱流道的兩端均連接有燃料氣混合罩，兩個(gè)所述燃料氣混合罩上分別安裝有燃料氣入口管道、燃料氣出口管道，所述煙氣流道的兩端均連接有煙氣混合罩，兩個(gè)所述煙氣混合罩上分別安裝有熱煙氣入口管道、煙氣出口管道，所述煙氣流道與所述燃料氣重整換熱流道相互密封隔絕。