[發明專利]一種固體氧化物燃料電池與燃氣輪機組成的動力系統

在審

• 申請號: 202210487124.1
• 申請日: 2022-05-06
• 公開（公告）號: CN114899442A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 郭宣華;郭倩林
• 申請（專利權）人: 郭宣華
• 主分類號: H01M8/04007
• 分類號: H01M8/04007;H01M8/04014;H01M8/04029;H01M8/04089;H01M8/1246;F01K23/10;F01K25/10;F02C6/18
• 代理公司: 北京博識智信專利代理事務所(普通合伙) 16067
• 代理人: 魏文密

本發明公開了一種固體氧化物燃料電池與燃氣輪機組成的動力系統，包括中冷回熱燃氣輪機和超臨界制冷劑朗肯循環系統。既可用于大中型集中式發電，也適用于中小型分布式發電以及各種交通工具，比單獨的固體氧化物燃料電池或者燃氣輪機具備更高的發電效率，也具備超低污染物排放、部分負荷性能好、變負荷迅速的優點，是未來非常有競爭力的動力系統，能滿足碳中和時代對動力系統的各種要求。

技術領域

本發明涉及一種固體氧化物燃料電池與燃氣輪機、超臨界制冷劑朗肯循環組成的動力系統。

背景技術

英國人瓦特在18世紀改進了紐可門蒸汽機，大幅提升了熱機效率，在煤炭工業的配合下促進了第一次工業革命。德國人奧托、狄賽爾在19世紀相繼發明了汽油機、柴油機，開啟了內燃機時代，并在石油天然氣工業的配合下啟動了第二次工業革命。與此同時，以蒸汽為工質的蒸汽機也由活塞式進化為轉動式的蒸汽輪機，電力也得到了廣泛應用。從20世紀開始，燃氣輪機這種同樣以煙氣為工質的轉動式設備開始展現出對活塞式內燃機的一些優勢，并在航空和發電領域獲得了廣泛應用，但是并沒有像蒸汽輪機取代蒸汽機那樣徹底取代活塞式內燃機，后者至今仍是陸地、海上交通動力裝置的絕對主力。幾十年來燃氣輪機在陸地交通方向的努力是失敗的，在船舶動力方面也僅僅應用于少數軍用艦船上。在陸上發電領域，燃氣輪機還是要與以蒸汽為工質的蒸汽輪機配合形成燃氣-蒸汽聯合循環，其在部分負荷下的效率以及變負荷速率方面難以滿足可再生能源的調控需求。雖然人類在其他領域諸如原子能、半導體、互聯網等領域取得了長足進展并且聲稱進入了第三次甚至第四次工業革命，但是在動力領域依然處于第二次工業革命的末期。下一次動力裝置的革命必須滿足以下條件：使用氫氣、甲醇、液氨、生物柴油等碳中和燃料并且大氣污染物排放量極低；可與鋰/鈉電池配合實現交通工具的電氣化；效率明顯超越活塞式內燃機并且具備快速的變負荷能力；制造材料需易于取得，可保證大規模量產帶來的規模效應；系統規模涵蓋范圍廣，從乘用車到卡車、分布式發電站乃至大型船舶和中大型火力發電廠都可以得到應用。

發明內容

本發明的目的是解決背景技術中存在的問題，提供一種固體氧化物燃料電池與燃氣輪機、超臨界制冷劑朗肯循環組成的動力系統。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案為：一種固體氧化物燃料電池與燃氣輪機組成的動力系統，包括中冷回熱燃氣輪機和超臨界制冷劑朗肯循環系統；

所述的中冷回熱燃氣輪機包括：

第一固體氧化物燃料電池和第二固體氧化物燃料電池；

通過制冷劑工作流體冷卻壓縮空氣的第一中冷器、第二中冷器；

一壓縮機，所述壓縮機的壓氣機部分由第一中冷器、第二中冷器隔開；

通過燃燒燃料或催化反應來加熱壓縮氣體的第一燃燒器和第二燃燒器；

用于產生輸出功率的第一制冷劑流體渦輪和第二制冷劑流體渦輪；

燃機主回熱器，在進入燃燒器/加熱器之前加熱壓縮空氣；

所述的超臨界制冷劑朗肯循環系統包括：

用于將超臨界制冷劑流體預熱并加熱到臨界溫度以上的第一煙道氣體熱交換器和第二煙道氣體熱交換器；

通過制冷劑流體膨脹產生輸出功率的一或多個制冷劑流體渦輪機；

將汽態流體冷凝成液態或冷卻超臨界態的制冷劑的冷凝器；

將制冷劑流體加壓到臨界壓力以上的壓力泵；

用于回收制冷劑渦輪機排出廢熱的制冷劑回熱器。

作為優選，所述的制冷劑流體渦輪機為兩個，分別為第一制冷劑流體渦輪和第二制冷劑流體渦輪。

作為優選，第一煙道氣體熱交換器即制冷劑流體加熱器，第二煙道氣體熱交換器即制冷劑流體預熱器。