[發(fā)明專利]一種高效能量耦合的固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210052453.3
• 申請日: 2022-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN114361538B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 涂寶峰;蘇新;尹燕霞;戚惠穎;張福俊;張同環(huán);劉迪;邱鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/0612
• 分類號(hào): H01M8/0612;H01M8/0662;H01M8/04014;H01M8/04029;H01M8/12
• 代理公司: 青島潤集專利代理事務(wù)所(普通合伙) 37327
• 代理人: 趙以芳

1.一種高效能量耦合的固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，該發(fā)電系統(tǒng)包括熱交換過程、燃料電池發(fā)電過程和余熱回收過程，其中：

熱交換過程在熱交換部分中進(jìn)行，燃料氣通過重整燃料進(jìn)氣口進(jìn)入燃料腔中，再分配到各個(gè)燃料重整管，燃料氣在燃料重整管內(nèi)發(fā)生重整反應(yīng)，重整后得到的重整氣先進(jìn)入重整氣腔，再經(jīng)重整氣出口排出；空氣通過第一空氣進(jìn)氣口進(jìn)入進(jìn)氣空氣腔中，再分配到各個(gè)空氣換熱管內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱，經(jīng)預(yù)熱后的空氣進(jìn)入出氣空氣腔，再經(jīng)下方的空氣出口排出；

燃料電池發(fā)電過程在燃料電池部分中進(jìn)行，從熱交換部分出來的重整氣經(jīng)第二燃料氣進(jìn)氣口進(jìn)入燃料電池部分作為燃料電池部分的燃料氣使用；從熱交換部分出來的預(yù)熱后的空氣經(jīng)第二空氣進(jìn)氣口進(jìn)入燃料電池部分作為燃料電池部分氧化用氣體；另外，從燃料電池部分的陽極尾氣出口排出的陽極尾氣，經(jīng)陽極尾氣進(jìn)氣口進(jìn)入熱交換部分，而從燃料電池部分的陰極尾氣出口排出的陰極尾氣，經(jīng)陰極尾氣進(jìn)氣口進(jìn)入熱交換部分；

余熱回收過程在余熱回收部分中進(jìn)行，從熱交換部分排出來的燃燒尾氣經(jīng)尾氣進(jìn)口進(jìn)入，冷水經(jīng)冷水進(jìn)口進(jìn)入用于吸收尾氣中的熱量，降溫后的尾氣經(jīng)尾氣出口排出系統(tǒng)，升溫后的水經(jīng)熱水出口排出系統(tǒng)。

熱交換過程中產(chǎn)生的重整氣，作為燃料氣在燃料電池發(fā)電后所產(chǎn)生的高溫尾氣返回到熱交換部分，在熱交換部分內(nèi)催化燃燒剩余的燃料氣，從而釋放熱量為燃料氣重整反應(yīng)過程提供熱量，并預(yù)熱新鮮空氣；熱交換過程中的熱空氣，作為氧化氣體在燃料電池發(fā)電后，剩余的高溫空氣返回到熱交換部分中與剩余的燃料氣發(fā)生催化燃燒反應(yīng)，尾氣催化燃燒后則進(jìn)入余熱回收部分，通過冷水進(jìn)一步吸收尾氣的熱量，實(shí)現(xiàn)余熱充分利用。

2.如權(quán)利要求1所述的高效能量耦合的固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)中所述熱交換部分設(shè)置于殼體中，所述殼體上部的左側(cè)為燃料腔，右側(cè)為進(jìn)氣空氣腔；其中：所述燃料腔的正下方為尾氣燃燒腔，所述尾氣燃燒腔的正下方為陰極尾氣腔，所述陰極尾氣腔的正下方為重整氣腔，且所述尾氣燃燒腔與陰極尾氣腔之間通過擋板隔開，所述陰極尾氣腔與重整氣腔之間也通過擋板隔開，在所述尾氣燃燒腔與陰極尾氣腔中相間隔地設(shè)置有若干根燃料重整管；

所述進(jìn)氣空氣腔的正下方為空氣換熱腔，所述空氣換熱腔的正下方為陽極尾氣腔，所述陽極尾氣腔的正下方為出氣空氣腔，且所述空氣換熱腔與陽極尾氣腔之間通過第一擋板隔開，所述陽極尾氣腔與出氣空氣腔通過第二擋板相隔開，在所述第二擋板上還固定設(shè)置有若干個(gè)陰極尾氣導(dǎo)管，所述空氣換熱腔與陽極尾氣腔中相間隔地設(shè)置有若干根空氣換熱管。

3.如權(quán)利要求2所述的高效能量耦合的固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池部分的內(nèi)部裝有燃料電池發(fā)電模塊，在燃料電池部分的上方設(shè)置有第二燃料氣進(jìn)氣口和第二空氣進(jìn)氣口；在燃料電池發(fā)電模塊的下方還設(shè)置有陽極尾氣出口和陰極尾氣出口。

4.如權(quán)利要求3所述的高效能量耦合的固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池發(fā)電模塊為平板型、管型、扁管型。

5.如權(quán)利要求1所述的高效能量耦合的固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述余熱回收部分的外殼上設(shè)置有尾氣進(jìn)口、尾氣出口、冷水進(jìn)口和熱水出口，所述尾氣進(jìn)口與熱交換部分中的燃燒尾氣出氣口通過管線相連接。

6.如權(quán)利要求2所述的高效能量耦合的固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，在所述燃料腔的上方設(shè)有重整燃料進(jìn)氣口，所述進(jìn)氣空氣腔的上方設(shè)有第一空氣進(jìn)氣口，所述重整氣腔的下方設(shè)有重整氣出口，所述出氣空氣腔的下方設(shè)有空氣出口，所述陽極尾氣腔的一側(cè)設(shè)有陽極尾氣進(jìn)氣口，所述陽極尾氣腔的另一側(cè)設(shè)有陰極尾氣進(jìn)氣口；所述空氣燃燒腔的一側(cè)設(shè)置有燃燒尾氣出氣口。

7.如權(quán)利要求6所述的高效能量耦合的固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料腔與進(jìn)氣空氣腔之間通過第一隔板隔開，所述重整氣腔與出氣空氣腔之間通過第二隔板隔開。