一种固体氧化物燃料电池与高温卡诺电池集成系统

本发明涉及清洁能源，特别是涉及一种固体氧化物燃料电池与高温卡诺电池集成系统。

背景技术：

1、固体氧化物燃料电池是一种能量转换装置，其高效、清洁、低噪声等特点在包括远洋船舶、工程车辆等的交通运输领域非常具有前景。由于燃料电池存在输出特性较软、启动反应迟滞、瞬态响应性较差等缺点，往往会配备储能设备提高系统的灵活性。

2、当前的解决方案通常采用固体氧化物燃料电池-锂电池混合动力系统，通过一定的控制策略与能量管理策略实现系统的灵活可控性。但是，在充电/放电循环中，无法避免能量的损耗，往往会导致系统效率的下降，同时，由于固体氧化物燃料电池属于高温燃料电池，因此亟需一种固体氧化物燃料电池与高温卡诺电池集成系统，能够将燃料电池剩余电能储存的同时，通过余热利用策略提高系统整体能量利用效率。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种固体氧化物燃料电池与高温卡诺电池集成系统，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种固体氧化物燃料电池与高温卡诺电池集成系统，包括固体氧化物燃料电池系统，所述固体氧化物燃料电池系统连通有高温卡诺电池系统；所述高温卡诺电池系统包括高温热泵设备，所述高温热泵设备连通有储热罐，所述储热罐连通有发电设备，所述高温热泵设备与所述固体氧化物燃料电池系统相连通；所述高温热泵设备包括与所述固体氧化物燃料电池系统相连通的换热器，所述换热器连通有第一压缩机和第一涡轮机，所述第一压缩机、所述第一涡轮机与所述储热罐相连通。

3、优选的，所述固体氧化物燃料电池系统包括燃料罐，所述燃料罐连通有燃料预热器，所述燃料预热器连通有固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池连通有空气预热器和燃烧器，所述空气预热器连通有空气泵。

4、优选的，所述燃烧器与所述换热器相连通。

5、优选的，所述换热器通过第一三通阀与所述燃料预热器、空气预热器相连通。

6、优选的，所述固体氧化物燃料电池与所述第一压缩机电性连接。

7、优选的，所述发电设备包括与所述储热罐相连通的第二涡轮机、低温回热器，所述第二涡轮机与所述低温回热器相连通，所述低温回热器连通有高温回热器，所述低温回热器与高温回热器通过第二三通阀连通有第三压缩机，所述第三压缩机与所述高温回热器通过第三三通阀连通有冷却器，所述冷却器连通有第二压缩机，所述第二压缩机与所述高温回热器相连通。

8、优选的，所述高温热泵设备与所述发电设备中的工质为超临界二氧化碳。

9、优选的，所述储热罐内放置有固-液相变储热材料，所述固-液相变储热材料的熔点在900℃以上。

10、优选的，所述储热罐的壳体外部设置隔热层。

11、本发明公开了以下技术效果：

12、1、本发明通过耦合固体氧化物燃料电池系统与高温卡诺电池系统，能够将固体氧化物燃料电池的冗余电量储存，在不同工况下储存或者释放高温卡诺电池系统中的能量，实现了固体氧化物燃料电池系统的高灵活性。

13、2、本发明在空气与燃料得到充分预热的前提下，将固体氧化物燃料电池系统的余热能回收并利用，实现了固体氧化物燃料电池余热能的梯级利用，提高了高温卡诺电池系统在储能/释能过程中的一次往返电效率。

14、3、本发明通过在回收固体氧化物燃料电池系统余热中实现余热能的储存，并提高了余热能的温度，实现了发电设备的高热效率。

技术特征：

1.一种固体氧化物燃料电池与高温卡诺电池集成系统，其特征在于：包括固体氧化物燃料电池系统，所述固体氧化物燃料电池系统连通有高温卡诺电池系统；

2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池与高温卡诺电池集成系统，其特征在于：所述固体氧化物燃料电池系统包括燃料罐(1)，所述燃料罐(1)连通有燃料预热器(3)，所述燃料预热器(3)连通有固体氧化物燃料电池(5)，所述固体氧化物燃料电池(5)连通有空气预热器(4)和燃烧器(6)，所述空气预热器(4)连通有空气泵(2)。

3.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池与高温卡诺电池集成系统，其特征在于：所述燃烧器(6)与所述换热器(7)相连通。

4.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池与高温卡诺电池集成系统，其特征在于：所述换热器(7)通过第一三通阀与所述燃料预热器(3)、空气预热器(4)相连通。

5.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池与高温卡诺电池集成系统，其特征在于：所述固体氧化物燃料电池(5)与所述第一压缩机(8)电性连接。

6.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池与高温卡诺电池集成系统，其特征在于：所述发电设备包括与所述储热罐(10)相连通的第二涡轮机(11)、低温回热器(12)，所述第二涡轮机(11)与所述低温回热器(12)相连通，所述低温回热器(12)连通有高温回热器(13)，所述低温回热器(12)与高温回热器(13)通过第二三通阀连通有第三压缩机(16)，所述第三压缩机(16)与所述高温回热器(13)通过第三三通阀连通有冷却器(14)，所述冷却器(14)连通有第二压缩机(15)，所述第二压缩机(15)与所述高温回热器(13)相连通。

7.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池与高温卡诺电池集成系统，其特征在于：所述高温热泵设备与所述发电设备中的工质为超临界二氧化碳。

8.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池与高温卡诺电池集成系统，其特征在于：所述储热罐(10)内放置有固-液相变储热材料，所述固-液相变储热材料的熔点在900℃以上。

9.根据权利要求8所述的固体氧化物燃料电池与高温卡诺电池集成系统，其特征在于：所述储热罐(10)的壳体外部设置隔热层。

技术总结本发明涉及清洁能源技术领域，特别是涉及一种固体氧化物燃料电池与高温卡诺电池集成系统，包括固体氧化物燃料电池系统，固体氧化物燃料电池系统连通有高温卡诺电池系统；高温卡诺电池系统包括高温热泵设备，高温热泵设备连通有储热罐，储热罐连通有发电设备，高温热泵设备与固体氧化物燃料电池系统相连通；高温热泵设备包括与固体氧化物燃料电池系统相连通的换热器，换热器连通有第一压缩机和第一涡轮机，第一压缩机、第一涡轮机与储热罐相连通。本发明实现了热电之间的交叉转换，并兼顾了固体氧化物燃料电池系统与高温卡诺电池系统的灵活性以及提高了能量利用的效率。技术研发人员：冯永明,曲金博,朱元清,高源鑫,刘俊廷,井浩受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学技术研发日：技术公布日：2024/7/9