一種固體氧化物燃料電池供電設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種固體氧化物燃料電池供電設(shè)備，包括一級換熱器、二級換熱器、重整器、熱平衡裝置、SOFC電堆、燃燒室；第一路燃料與水蒸汽混合后進(jìn)入一級換熱器，然后輸送到重整器，經(jīng)過重整器后輸送到熱平衡裝置，然后輸送到SOFC電堆；第一路氧氣依次進(jìn)入一級換熱器、二級換熱器進(jìn)行熱交換后進(jìn)入熱平衡裝置，然后輸送到SOFC電堆；SOFC電堆產(chǎn)生的尾氣輸送到燃燒室，燃燒室產(chǎn)生的尾氣依次進(jìn)入二級換熱器、重整器、熱平衡裝置、SOFC電堆、一級換熱器、尾氣吸收裝置，然后再輸送至燃燒室。本實用新型的固體氧化物燃料電池供電設(shè)備將尾氣中的熱量充分利用，減小了對外界環(huán)境的熱輻射，而且將尾氣又輸送至燃燒室中，節(jié)能環(huán)保。
【專利說明】
一種固體氧化物燃料電池供電設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于燃料電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，是涉及一種固體氧化物燃料電池供電設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是一種將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的電化學(xué)裝置，不需要外電源充電，只要提供合適的燃料就能源源不斷的輸出電能，應(yīng)用比較廣泛。
[0003]現(xiàn)有燃料電池對尾氣的利用率較低，在尾氣中還含有大量熱能時就向外排出，尾氣中熱能的回收率低，且對外界環(huán)境的熱輻射較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型提供了一種固體氧化物燃料電池供電設(shè)備，提高了尾氣中熱能的回收率及燃料的利用率，減小了對外界環(huán)境的熱輻射，節(jié)能環(huán)保。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0006]一種固體氧化物燃料電池供電設(shè)備，包括一級換熱器、二級換熱器、重整器、熱平衡裝置、SOFC電堆、燃燒室、電能管理單元；燃料從燃料罐中輸出后分為兩路，第一路燃料與水蒸汽混合后進(jìn)入一級換熱器，進(jìn)行熱交換后輸送到重整器，經(jīng)過重整器進(jìn)行重整后輸送到熱平衡裝置，然后輸送到SOFC電堆的正極，第二路燃料輸送到燃燒室；氧氣從氧氣罐中輸出后也分為兩路，第一路氧氣依次進(jìn)入一級換熱器、二級換熱器進(jìn)行熱交換后進(jìn)入熱平衡裝置，然后輸送到SOFC電堆的負(fù)極，第二路氧氣輸送到燃燒室；S0FC電堆的陽極尾氣和陰極尾氣分別輸送到燃燒室，燃燒室產(chǎn)生的尾氣依次進(jìn)入二級換熱器、重整器、熱平衡裝置、SOFC電堆、一級換熱器、尾氣吸收裝置，將從尾氣吸收裝置出來的尾氣輸送至燃燒室；SOFC電堆產(chǎn)生的電能傳輸至電能管理單元，并由電能管理單元為負(fù)載供電。
[0007]進(jìn)一步的，所述電能管理單元包括功率變換器和超級電容，所述SOFC電堆產(chǎn)生的電能通過功率變換器為負(fù)載供電，功率變換器與超級電容連接。
[0008]又進(jìn)一步的，所述固體氧化物燃料電池供電設(shè)備還包括控制器，所述控制器與所述SOFC電堆電連接，所述功率變換器與控制器電連接。
[0009]更進(jìn)一步的，所述固體氧化物燃料電池供電設(shè)備還包括用于產(chǎn)生水蒸汽的蒸汽發(fā)生裝置，所述蒸汽發(fā)生裝置包括水泵、第一過濾器和熱交換器，水泵抽取的水經(jīng)第一過濾器過濾后輸送到熱交換器，熱交換器將水汽化生成水蒸汽，并將水蒸汽輸送至輸送燃料到一級換熱器的輸送管路中。
[0010]進(jìn)一步的，在輸送第一路氧氣到一級換熱器的輸送管路中還設(shè)置有第一減壓閥、第一流量計。
[0011]進(jìn)一步的，在輸送第二路氧氣到燃燒室的輸送管路中還設(shè)置有第二流量計。
[0012]又進(jìn)一步的，在輸送第一路燃料到一級換熱器的輸送管路中還設(shè)置有第三過濾器、第二減壓閥、第三流量計。
[0013]進(jìn)一步的，在輸送第二路燃料到燃燒室的輸送管路中還設(shè)置有第四流量計。
[0014]又進(jìn)一步的，所述固體氧化物燃料電池供電設(shè)備還包括氮氣罐，氮氣罐中的氮氣被輸送至輸送第一路燃料到第三過濾器的輸送管路中。
[0015]優(yōu)選的，所述功率變換器分別與第一減壓閥、第二減壓閥電連接。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點和積極效果是:本實用新型的固體氧化物燃料電池供電設(shè)備提高了對尾氣的利用率，對尾氣中含有的熱量進(jìn)行充分的利用，減小了對外界環(huán)境的熱輻射，而且將尾氣又輸送至燃燒室中，提高燃料利用率，節(jié)能環(huán)保。
[0017]結(jié)合附圖閱讀本實用新型實施方式的詳細(xì)描述后，本實用新型的其他特點和優(yōu)點將變得更加清楚。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型所提出的固體氧化物燃料電池供電設(shè)備的一個實施例的工作原理圖。
[0019]1、氧氣罐；2、第二過濾器；3、第一減壓閥；4、第一流量計；5、第二流量計；6、燃料罐；7、三通閥；8、第三過濾器；9、第二減壓閥；10、第三流量計；11、第四流量計；12、氮氣罐；13、水泵；14、第一過濾器；
[0020]_是氧氣的輸送路線；
[0021]_________是水蒸汽的輸送路線；
[0022]____________是燃料的輸送路線；
[0023]__________(短劃虛線)是氮氣的輸送路線；
[0024]________(長劃虛線)是尾氣的輸送路線；
[0025]............(方點虛線)是電能的傳輸路線。

【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
[0027]實施例一，本實施例的固體氧化物燃料電池供電設(shè)備主要由一級換熱器、二級換熱器、重整器、熱平衡裝置、SOFC電堆、燃燒室、電能管理單元以及輸送管路等構(gòu)成，參見圖1所示。燃料從燃料罐6中輸出后分為兩路，第一路燃料和水蒸汽混合，經(jīng)過重整器重整后被輸送至SOFC電堆,第二路燃料輸送至燃燒室；氧氣從氧氣罐I中輸出后也分為兩路，第一路氧氣被輸送至SOFC電堆，第二路氧氣被輸送至燃燒室；S0FC電堆產(chǎn)生的電能傳輸?shù)诫娔芄芾韱卧?，由電能管理單元為?fù)載供電；S0FC電堆產(chǎn)生的陰陽極尾氣被輸送至燃燒室，燃燒室產(chǎn)生的尾氣為固體氧化物燃料電池供電設(shè)備提供熱能。
[0028]具體來說，氧氣從氧氣罐I中輸出經(jīng)過第二過濾器2過濾后分為兩路，第一路氧氣經(jīng)過第一減壓閥3減壓、第一流量計4控制流量后進(jìn)入一級換熱器，經(jīng)過熱交換后進(jìn)入二級換熱器，經(jīng)過二級換熱器的熱交換后被輸送到熱平衡裝置；第二路氧氣經(jīng)過第二流量計5控制流量后輸送到燃燒室。
[0029]燃料從燃料罐6中輸出后分為兩路，第一路燃料經(jīng)過第三過濾器8濾除雜質(zhì)、第二減壓閥9調(diào)節(jié)氣流壓力和第三流量計10調(diào)節(jié)燃料流量后，與水蒸汽混合，然后進(jìn)入一級換熱器，經(jīng)過熱交換后進(jìn)入重整器進(jìn)行重整，重整器輸出重整氣，將重整氣輸送到熱平衡裝置，與氧氣進(jìn)行熱交換，消除溫差，經(jīng)過熱平衡裝置后，重整氣和氧氣具有相同的溫度，重整氣被輸送到SOFC電堆的正極，氧氣被輸送到SOFC電堆的負(fù)極，重整氣和氧氣在SOFC電堆中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)；S0FC電堆的陽極排出陽極尾氣，在陽極尾氣中含有未完全反應(yīng)的重整氣，SOFC電堆的陰極排出陰極尾氣，陰極尾氣中含有氧氣，陽極尾氣和陰極尾氣分別被輸送到燃燒室進(jìn)行燃燒。第二路燃料經(jīng)過第四流量計11調(diào)節(jié)燃料流量后輸送到燃燒室。
[0030]在本實施例中，所述燃料優(yōu)選為十二烷。
[0031]在本實施例中，還包括用于產(chǎn)生水蒸汽的蒸汽發(fā)生裝置，蒸汽發(fā)生裝置主要由水泵13、第一過濾器14和熱交換器等構(gòu)成，水泵13抽取的水經(jīng)第一過濾器14過濾后輸送到熱交換器，熱交換器將水汽化生成水蒸汽，并將水蒸汽輸送到輸送燃料到一級換熱器的輸送管路中，即第一路燃料經(jīng)過第三流量計10后與蒸汽發(fā)生裝置產(chǎn)生的水蒸汽混合。水蒸汽與第一路燃料混合后一起被輸送至一級換熱器。
[0032]在本實施例中,還設(shè)置有氮氣罐12，在氮氣罐12中存儲有氮氣,氮氣從氮氣罐12中輸出后，被輸送至輸送第一路燃料到第三過濾器8的輸送管路中。具體來說，在輸送第一路燃料到第三過濾器8的輸送管路中設(shè)置有三通閥7，三通閥7有兩個入口和一個出口，三通閥7的出口與第三過濾器8連接；從燃料罐6中輸出的第一路燃料從三通閥7的一個入口進(jìn)入，從三通閥7的出口輸出；從氮氣罐12中輸出的氮氣從三通閥7的另一個入口進(jìn)入，從三通閥7的出口輸出。
[0033]在設(shè)備開始發(fā)電時，控制三通閥7的一個入口與出口導(dǎo)通，第一路燃料通過三通閥7進(jìn)入第三過濾器8。在設(shè)備停止發(fā)電時，控制三通閥7的另一個入口與出口導(dǎo)通，氮氣罐12中的氮氣通過三通閥7進(jìn)入第三過濾器8，經(jīng)過第三過濾器8濾除雜質(zhì)、第二減壓閥9調(diào)節(jié)氣流壓力和第三流量計10調(diào)節(jié)流量后進(jìn)入一級換熱器，然后進(jìn)入重整器，對重整器進(jìn)行持續(xù)吹掃，防止重整器內(nèi)部積液，影響設(shè)備的正常運行。在設(shè)備發(fā)電過程中，如果發(fā)生突發(fā)狀況，可以通過三通閥7將輸送第一路燃料切換成輸送氮氣，對設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，防止事故的發(fā)生。
[0034]在燃燒室中，氧氣、燃料、由SOFC電堆輸送的陽極尾氣和陰極尾氣燃燒，為整個設(shè)備提供熱能。為了滿足對熱能的需求，可以通過第二流量計5控制輸送到燃燒室的第二路氧氣的流量，可以通過第四流量計11控制輸送到燃燒室的第二路燃料的流量，從而有足夠的氧氣和燃料進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生足夠的熱能。
[0035]燃燒室燃燒產(chǎn)生的尾氣帶有大量的熱能，可以為整個設(shè)備提供熱能。具體來說，燃燒室排出的尾氣首先輸送到二級換熱器，為二級換熱器提供熱能，然后輸送至重整器，為重整器提供熱能后，輸送至熱平衡裝置，為熱平衡裝置提供熱能后，輸送至SOFC電堆，為SOFC電堆提供熱能后，輸送至一級換熱器，為一級換熱器提供熱能后，輸送至熱交換器，為熱交換器提供熱能后，輸送至尾氣吸收裝置。在尾氣吸收裝置中設(shè)置有介孔硅有機(jī)胺和干燥劑，分別用來吸收尾氣中的二氧化碳和水蒸汽，經(jīng)過尾氣吸收裝置后，尾氣中還含有氧氣和未反應(yīng)的燃料，再將尾氣輸送至燃燒室燃燒，節(jié)約了能源，實現(xiàn)燃料的回收利用。
[0036]在本實施例中，第一路氧氣進(jìn)入一級換熱器，經(jīng)過熱交換后溫度為400°C，然后進(jìn)入二級換熱器，經(jīng)過熱交換后溫度為70(TC，然后進(jìn)入熱平衡裝置；第一路燃料經(jīng)過一級換熱器的熱交換后溫度為400°C，進(jìn)入重整器重整后，輸出的重整氣的溫度是750°C，重整氣被輸送到熱平衡裝置，7500C的重整氣與700°C的氧氣在熱平衡裝置中進(jìn)行熱交換，達(dá)到溫度平衡后，重整氣和氧氣具有相同的溫度，即720°C，720°C的重整氣和720°C的氧氣分別被輸出至SOFC電堆進(jìn)行反應(yīng)。
[0037]燃燒室排出溫度為900°C的尾氣，進(jìn)入二級換熱器，經(jīng)過熱交換后，尾氣的溫度為7500C，7500C的尾氣進(jìn)入重整器，經(jīng)過熱交換后，尾氣的溫度為700°C，700°C的尾氣進(jìn)入熱平衡裝置，經(jīng)過熱交換后，尾氣的溫度為650°C，650°C的尾氣進(jìn)入SOFC電堆，經(jīng)過熱交換后，尾氣的溫度為550°C,然后將550°C的尾氣輸送至一級換熱器,進(jìn)過一級換熱器的熱交換后溫度為200°C，將200°C的尾氣輸送至熱交換器，進(jìn)行熱交換后，尾氣的溫度為100°C，然后將100°C的尾氣輸送至尾氣吸收裝置，根據(jù)實際需要，從尾氣吸收裝置輸出的尾氣還可以為其他設(shè)備供熱后再輸送至燃燒室。
[0038]在本實施例中，還設(shè)置有控制器，控制器與SOFC電堆電連接，控制SOFC電堆的運行。
[0039]在SOFC電堆中，重整氣和氧氣進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，產(chǎn)生的電能輸出至電能管理單元。電能管理單元主要由功率變換器和超級電容組成，功率變換器與超級電容連接，SOFC電堆產(chǎn)生的電能傳輸至功率變換器，并經(jīng)功率變換器為負(fù)載供電。在本實施例中，功率變換器分別與控制器、第一減壓閥3、第二減壓閥9電連接。
[0040]超級電容具有功率輸出響應(yīng)快、能夠適應(yīng)很大功率沖擊的優(yōu)點。當(dāng)SOFC電堆產(chǎn)生的電能較多時，不僅通過功率變換器為負(fù)載供電，而且通過功率變換器為超級電容充電；當(dāng)外部負(fù)載需要的電能突增時，超級電容放電，并通過功率變換器向負(fù)載供電。
[0041]本實施例的固體氧化物燃料電池供電設(shè)備可以應(yīng)用在潛水器、魚雷等海洋設(shè)備中，為海洋設(shè)備供電。
[0042]當(dāng)然，上述說明并非是對本實用新型的限制，本實用新型也并不僅限于上述舉例，本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員在本實用新型的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種固體氧化物燃料電池供電設(shè)備，其特征在于:包括一級換熱器、二級換熱器、重整器、熱平衡裝置、SOFC電堆、燃燒室、電能管理單元；燃料從燃料罐中輸出后分為兩路，第一路燃料與水蒸汽混合后進(jìn)入一級換熱器，進(jìn)行熱交換后輸送到重整器，經(jīng)過重整器進(jìn)行重整后輸送到熱平衡裝置，然后輸送到SOFC電堆的正極，第二路燃料輸送到燃燒室；氧氣從氧氣罐中輸出后也分為兩路，第一路氧氣依次進(jìn)入一級換熱器、二級換熱器進(jìn)行熱交換后進(jìn)入熱平衡裝置，然后輸送到SOFC電堆的負(fù)極，第二路氧氣輸送到燃燒室；S0FC電堆的陽極尾氣和陰極尾氣分別輸送到燃燒室，燃燒室產(chǎn)生的尾氣依次進(jìn)入二級換熱器、重整器、熱平衡裝置、SOFC電堆、一級換熱器、尾氣吸收裝置，將從尾氣吸收裝置出來的尾氣輸送至燃燒室；S0FC電堆產(chǎn)生的電能傳輸至電能管理單元，并由電能管理單元為負(fù)載供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池供電設(shè)備，其特征在于:所述電能管理單元包括功率變換器和超級電容，所述SOFC電堆產(chǎn)生的電能通過功率變換器為負(fù)載供電，功率變換器與超級電容連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體氧化物燃料電池供電設(shè)備，其特征在于:還包括控制器，所述控制器與所述SOFC電堆電連接，所述功率變換器與控制器電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體氧化物燃料電池供電設(shè)備，其特征在于:還包括用于產(chǎn)生水蒸汽的蒸汽發(fā)生裝置，所述蒸汽發(fā)生裝置包括水泵、第一過濾器和熱交換器，水泵抽取的水經(jīng)第一過濾器過濾后輸送到熱交換器，熱交換器將水汽化生成水蒸汽，并將水蒸汽輸送至輸送燃料到一級換熱器的輸送管路中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固體氧化物燃料電池供電設(shè)備，其特征在于:在輸送第一路氧氣到一級換熱器的輸送管路中還設(shè)置有第一減壓閥、第一流量計。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的固體氧化物燃料電池供電設(shè)備，其特征在于:在輸送第二路氧氣到燃燒室的輸送管路中還設(shè)置有第二流量計。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固體氧化物燃料電池供電設(shè)備，其特征在于:在輸送第一路燃料到一級換熱器的輸送管路中還設(shè)置有第三過濾器、第二減壓閥、第三流量計。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固體氧化物燃料電池供電設(shè)備，其特征在于:在輸送第二路燃料到燃燒室的輸送管路中還設(shè)置有第四流量計。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的固體氧化物燃料電池供電設(shè)備，其特征在于:還包括氮氣罐，氮氣罐中的氮氣被輸送至輸送第一路燃料到第三過濾器的輸送管路中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固體氧化物燃料電池供電設(shè)備，其特征在于:所述功率變換器分別與第一減壓閥、第二減壓閥電連接。
【文檔編號】H01M8/06GK203967185SQ201420298511
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】張穎, 張穎穎, 侯廣利, 王洪亮, 范萍萍, 呂婧, 王茜, 劉巖, 高楊, 吳寧 申請人:山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所