本實(shí)用新型屬于分布式供能系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及基于燃?xì)廨啓C(jī)和固體氧化物燃料電池的混合供能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在所有的燃料電池中，固體氧化物燃料電池的工作溫度最高，屬于高溫燃料電池。近年，分布式電站由于成本低、可維護(hù)性高等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為世界能源供應(yīng)的重要組成部分，而固體氧化物燃料電池和燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)等組成的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，不但具有較高的發(fā)電效率(可達(dá)70％)，還具有低污染的環(huán)境效益，非常適用于分布式發(fā)電。

但是，固體氧化物燃料電池和燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)等組成的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的排煙溫度在800℃左右，直接排走造成極大的能源浪費(fèi)。

為了實(shí)現(xiàn)排煙熱量的梯級(jí)利用，選用VM循環(huán)熱泵作為冷熱生產(chǎn)設(shè)備。VM循環(huán)熱泵的熱源可以是傳統(tǒng)的化石能源，也可以是太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等新能源，配合新能源的開(kāi)發(fā)更是具有重要的節(jié)能減排意義，相比其他供暖/制冷設(shè)備，VM循環(huán)熱泵具有明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述存在的問(wèn)題和現(xiàn)象，本實(shí)用新型提供基于燃?xì)廨啓C(jī)和固體氧化物燃料電池的混合供能系統(tǒng)，旨在通過(guò)并聯(lián)系統(tǒng)提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)利用。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為：

基于燃?xì)廨啓C(jī)和固體氧化物燃料電池的混合供能系統(tǒng)，包括：

壓氣機(jī)：其配置為將空氣進(jìn)行壓縮；

空氣分離器：其配置為對(duì)空氣進(jìn)行分離；

燃料預(yù)熱器：其配置為對(duì)燃料進(jìn)行加熱；

氣體預(yù)熱器：其配置為對(duì)O₂進(jìn)行加熱；

重整器：其配置為將預(yù)熱后的燃料進(jìn)行重整，以產(chǎn)生固體氧化物燃料電池陽(yáng)極所需的氫；

固體氧化物燃料電池：其配置為發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能；

燃燒室：其配置為發(fā)生富氧燃燒，產(chǎn)生高溫氣體；

燃?xì)廨啓C(jī)：其配置為將高溫氣體的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；

發(fā)電機(jī)：其配置為將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽?/p>

VM循環(huán)熱泵：其配置為將蒸汽的低溫?zé)嵩崔D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩矗M(jìn)行制冷和供暖，滿足用戶用能需求；

換熱器I：其配置為將VM循環(huán)熱泵熱腔的熱流體熱量傳遞給冷流體；

換熱器II：其配置為將VM循環(huán)熱泵室溫腔的熱流體熱量傳遞給冷流體；

換熱器III：其配置為將VM循環(huán)熱泵冷腔的冷流體冷量傳遞給熱流體。

上述的基于燃?xì)廨啓C(jī)和熔融碳酸鹽燃料電池的混合供能系統(tǒng)，其中，所述的空氣分離器的產(chǎn)物是O₂和N₂產(chǎn)品。

上述的基于燃?xì)廨啓C(jī)和熔融碳酸鹽燃料電池的混合供能系統(tǒng)，其中，所述的燃料預(yù)熱器加熱熱源是燃?xì)廨啓C(jī)的高溫?zé)煔狻?/p>

上述的基于燃?xì)廨啓C(jī)和熔融碳酸鹽燃料電池的混合供能系統(tǒng)，其中，所述的氣體預(yù)熱器的加熱熱源是燃?xì)廨啓C(jī)的高溫?zé)煔狻?/p>

上述的基于燃?xì)廨啓C(jī)和熔融碳酸鹽燃料電池的混合供能系統(tǒng)，其中，所述的重整器的產(chǎn)物是CO和H₂。

上述的基于燃?xì)廨啓C(jī)和熔融碳酸鹽燃料電池的混合供能系統(tǒng)，其中，所述的固體氧化物燃料電池內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的是H₂和O₂。

上述的基于燃?xì)廨啓C(jī)和熔融碳酸鹽燃料電池的混合供能系統(tǒng)，其中，所述的燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生的高溫?zé)煔庖徊糠诌M(jìn)入燃燒室，另一部分先進(jìn)入重整器，再進(jìn)入燃料預(yù)熱器和氣體預(yù)熱器。

上述的基于燃?xì)廨啓C(jī)和熔融碳酸鹽燃料電池的混合供能系統(tǒng)，其中，所述的VM循環(huán)熱泵通過(guò)熱腔供應(yīng)生活熱水負(fù)荷，通過(guò)冷腔供應(yīng)用戶所需冷量，通過(guò)室溫腔供應(yīng)熱量。

上述的基于燃?xì)廨啓C(jī)和熔融碳酸鹽燃料電池的混合供能系統(tǒng)，其中，所述的換熱器I與VM循環(huán)熱泵熱腔連接，全年運(yùn)行。

上述的基于燃?xì)廨啓C(jī)和熔融碳酸鹽燃料電池的混合供能系統(tǒng)，其中，所述的換熱器II與VM循環(huán)熱泵室溫腔連接，冬季運(yùn)行，夏季停運(yùn)。

上述的基于燃?xì)廨啓C(jī)和熔融碳酸鹽燃料電池的混合供能系統(tǒng)，其中，所述的換熱器III與VM循環(huán)熱泵冷腔連接，夏季運(yùn)行，冬季停運(yùn)。

上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)或者有益效果；

1、利用固體氧化物燃料電池和富氧燃燒相結(jié)合的發(fā)電方式，既可保證系統(tǒng)的發(fā)電量，又使得能源得以充分利用。

2、燃?xì)廨啓C(jī)排煙先經(jīng)過(guò)重整器加熱燃料，再驅(qū)動(dòng)VM循環(huán)熱泵，最后將VM循環(huán)熱泵熱腔的熱水用來(lái)預(yù)熱燃料和空氣，此煙氣利用途徑既能保證各級(jí)用能需求，又可節(jié)約能源。

3、本系統(tǒng)將VM循環(huán)熱泵與固體氧化物燃料電池相結(jié)合，供能方式多樣，進(jìn)一步挖掘出VM循環(huán)熱泵的節(jié)能潛力和驅(qū)動(dòng)靈活性。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參考以下的附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型及其特征、外形和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按照比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本實(shí)用新型的主旨。

圖1.基于燃?xì)廨啓C(jī)和固體氧化物燃料電池的混合供能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2.固體氧化物燃料電池工作原理圖

圖中各標(biāo)號(hào)含義如下：1-壓氣機(jī)；2-空氣分離器；3-燃料預(yù)熱器；4-氣體預(yù)熱器；5-重整器；6-固體氧化物燃料電池；7-燃燒室；8-燃?xì)廨啓C(jī)；9-發(fā)電機(jī)；10-VM循環(huán)熱泵；11-換熱器I；12-換熱器II；13-換熱器III；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明，但是不作為本實(shí)用新型的限定。

VM循環(huán)熱泵的工作原理參考中國(guó)專利CN101865566A。

如圖1所示，本系統(tǒng)包括：壓氣機(jī)1、空氣分離器2、燃料預(yù)熱器3、氣體預(yù)熱器4、重整器5、固體氧化物燃料電池6、燃燒室7、燃?xì)廨啓C(jī)8、發(fā)電機(jī)9、VM循環(huán)熱泵10、換熱器I 11、換熱器II 12、換熱器III 13。空氣經(jīng)過(guò)壓氣機(jī)1壓縮后進(jìn)入空氣分離器2進(jìn)行氣體分離得到O₂和N₂產(chǎn)品，一部分O₂經(jīng)過(guò)氣體預(yù)熱器4加熱后進(jìn)入固體氧化物燃料電池6，另一部分O₂進(jìn)入燃燒室7；燃料經(jīng)燃料預(yù)熱器3加熱后，一部分燃料經(jīng)過(guò)重整器5重整后得到H₂進(jìn)入固體氧化物燃料電池6，與O₂發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)并發(fā)電；另一部分燃料、重整得到的CO、煙氣、O₂以及固體氧化物燃料電池6的產(chǎn)物H₂O進(jìn)入燃燒室7進(jìn)行富氧燃燒，產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)8膨脹做功，并使發(fā)電機(jī)9發(fā)電；最后，燃?xì)廨啓C(jī)8的800℃高溫?zé)煔庖徊糠只亓髦寥紵?調(diào)節(jié)富氧燃燒的O₂含量在合理范圍內(nèi)，另一部分高溫?zé)煔庀燃訜嶂卣?，穩(wěn)定固體氧化物燃料電池6所需的H₂產(chǎn)量，再加熱燃料預(yù)熱器3和氣體預(yù)熱器2，使固體氧化物燃料電池6保持合理的工作溫度范圍，最后驅(qū)動(dòng)VM循環(huán)熱泵10，夏季通過(guò)換熱器II 12從外界吸收熱量進(jìn)行制冷，冬季通過(guò)換熱器III 13向用戶供暖，換熱器I 11則供應(yīng)全年生活熱水。

下面結(jié)合圖2介紹固體氧化物燃料電池工作原理圖。

圖2中的固體氧化物燃料電池6主要包括固體電解質(zhì)E、陽(yáng)極A和陰極C三部分，固體氧化物燃料電池6工作時(shí)，電子由陽(yáng)極經(jīng)外電路流向陰極，氧分子得到電子被還原成氧離子，氧離子在電位差和氧濃度差驅(qū)動(dòng)力的作用下，通過(guò)電解質(zhì)中的氧空位定向躍遷至陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，陽(yáng)極反應(yīng)釋放出的電子通過(guò)外電路流回到陰極。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)以及上述實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)所述變化例，在此不予贅述。這樣的變化例并不影響本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，在此不予贅述。

以上對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本實(shí)用新型并不局限于上述特定實(shí)施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí)施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例，這并不影響本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。