一种新型固体氧化物燃料电池供电系统

本技术涉及燃料电池相关，特别是涉及了一种新型固体氧化物燃料电池供电系统。

背景技术：

1、固态氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，sofc)是一种在中高温条件下直接将燃料中的化学能转化为电能的发电装置，与质子交换膜电池(proton exchangemembrane fuel cell，pemfc)同属于第三代燃料电池。sofc的能量转化效率高，采用全固态结构，没有漏液、腐蚀问题，且结构简单、安装灵活。与pemfc相比又具有适用燃料种类较多，不使用或少使用贵金属催化剂等优点。所以sofc的发展前景十分广阔。sofc的改进主要体现在其工作温度的下降，早期的sofc采用的电解质电导率不足，工作温度必须维持在800～1000℃的高温区，材料选取范围小，制备困难，随着电池部件的薄膜化及新型的高电导率材料(如具有萤石结构的掺杂ceo2)的出现，sofc的工作温度可以降至400～750℃的中温区，极大的改善了以上问题。尽管sofc技术在近年来得到了长足的发展，但sofc阳极所排出的尾气一直是亟待解决的问题。

2、如中国实用新型专利(cn215184089u)公开了处理固态氧化物燃料电池尾气的燃烧装置，其中记载了：“燃烧装置用于sofc尾气进行燃烧处理时，由于燃烧装置内部温度稳定均匀，可以稳定尾气的燃烧，产生h2o和co2等无害气体，减少nox的产生”，还记载了：“余热回收性能差。sofc的尾气在燃烧器内燃烧后产生的气体是重要的余热来源，但现有技术中缺少对这部分气体的温度的控制，导致其变化幅度过大，无法被有效利用，造成了很大的能量损失”的技术问题。

3、综合上述，可知现有技术中存在以下技术问题：余热回收性能差。sofc的尾气在燃烧器内燃烧后产生的气体是重要的余热来源，但现有技术中缺少对这部分气体的温度的控制，导致其变化幅度过大，无法被有效利用，造成了很大的能量损失，为此，本申请提出一种新型固体氧化物燃料电池供电系统，为解决上述专利中提到的技术问题，提供一种新的技术方案。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种新型固体氧化物燃料电池供电系统，通过整体结构设计，能够对固体氧化物燃料电池电堆反应产生的尾气的热量进行充分循环利用，提高了系统整体的效率，实现了能量的多级利用，缩短了系统的启动时间，绿色高效，安全可靠；并且在满足供电的同时，能够对部分电力进行储存，为加热炉供电，有助于突发事件后的应急电源恢复。

2、为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下所述的技术方案：

3、一种新型固体氧化物燃料电池供电系统，其应用于燃料电池的尾气处理。

4、所述一种新型固体氧化物燃料电池供电系统具体包括：固体氧化物燃料电池电堆、加热炉、燃烧器、水-气换热器、第一逆变器；

5、所述固体氧化物燃料电池电堆通过第一气体管路和第二气体管路分别连接有空气源和天然气源，所述空气源和天然气源分别用于向固体氧化物燃料电池电堆输送空气及天然气；

6、所述加热炉与固体氧化物燃料电池电堆相连接，所述加热炉用于为固体氧化物燃料电池电堆提供初始的工作温度；

7、所述固体氧化物燃料电池电堆通过第一高温气体管路连接有燃烧器，所述燃烧器通过第二高温气体管路连接有水-气换热器；

8、所述固体氧化物燃料电池电堆通过电缆连接有第一逆变器，所述电缆上并联有蓄电池，所述蓄电池电性连接有第二逆变器，所述第二逆变器与加热炉电性连接。

9、作为本实用新型提供的所述的一种新型固体氧化物燃料电池供电系统的一种优选实施方式，所述水-气换热器通过管路连接有碳捕集装置。

10、作为本实用新型提供的所述的一种新型固体氧化物燃料电池供电系统的一种优选实施方式，所述空气源和天然气源上设置有气-气换热器，所述燃烧器通过第三高温气体管路与气-气换热器相连接，所述气-气换热器上设置有第四高温气体管路。

11、作为本实用新型提供的所述的一种新型固体氧化物燃料电池供电系统的一种优选实施方式，所述水-气换热器包括外壳体，所述外壳体的一端通过第二高温气体管路与燃烧器相连接，所述外壳体的另一端通过管路与碳捕集装置相连接，所述外壳体的内部固定有换热水箱，所述换热水箱的内部固定有换热管，所述换热管的两端均延伸至换热水箱的外侧，所述换热水箱的周侧均匀固定有多个换热片，所述换热片的一侧位于换热水箱外侧且位于外壳体内部，所述换热片的另一侧贯穿换热水箱内部并与换热管固定连接，所述外壳体的外侧还分别固定有冷水管和热水管，所述冷水管和热水管的一端均位于外壳体外侧，所述冷水管和热水管的另一端均延伸至换热水箱内部。

12、作为本实用新型提供的所述的一种新型固体氧化物燃料电池供电系统的一种优选实施方式，所述冷水管与换热水箱的一端固定连接，所述热水管与换热水箱的另一端固定连接。

13、作为本实用新型提供的所述的一种新型固体氧化物燃料电池供电系统的一种优选实施方式，所述空气源具体为空压机。

14、与现有技术相比，本实用新型有以下有益效果：

15、本实用新型提供的一种新型固体氧化物燃料电池供电系统，通过整体结构设计，能够对固体氧化物燃料电池电堆反应产生的尾气的热量进行充分循环利用，提高了系统整体的效率，实现了能量的多级利用，缩短了系统的启动时间，绿色高效，安全可靠；并且在满足供电的同时，能够对部分电力进行储存，为加热炉供电，有助于突发事件后的应急电源恢复。

技术特征：

1.一种新型固体氧化物燃料电池供电系统，包括固体氧化物燃料电池电堆(1)、加热炉(2)、燃烧器(7)、水-气换热器(8)、第一逆变器(9)，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种新型固体氧化物燃料电池供电系统，其特征在于，所述水-气换热器(8)通过管路连接有碳捕集装置(12)。

3.根据权利要求1所述的一种新型固体氧化物燃料电池供电系统，其特征在于，所述空气源(3)和天然气源(4)上设置有气-气换热器(17)，所述燃烧器(7)通过第三高温气体管路(18)与气-气换热器(17)相连接，所述气-气换热器(17)上设置有第四高温气体管路(19)。

4.根据权利要求1所述的一种新型固体氧化物燃料电池供电系统，其特征在于，所述水-气换热器(8)包括外壳体(23)，所述外壳体(23)的一端通过第二高温气体管路(11)与燃烧器(7)相连接，所述外壳体(23)的另一端通过管路与碳捕集装置(12)相连接，所述外壳体(23)的内部固定有换热水箱(20)，所述换热水箱(20)的内部固定有换热管(22)，所述换热管(22)的两端均延伸至换热水箱(20)的外侧，所述换热水箱(20)的周侧均匀固定有多个换热片(21)，所述换热片(21)的一侧位于换热水箱(20)外侧且位于外壳体(23)内部，所述换热片(21)的另一侧贯穿换热水箱(20)内部并与换热管(22)固定连接，所述外壳体(23)的外侧还分别固定有冷水管(13)和热水管(14)，所述冷水管(13)和热水管(14)的一端均位于外壳体(23)外侧，所述冷水管(13)和热水管(14)的另一端均延伸至换热水箱(20)内部。

5.根据权利要求4所述的一种新型固体氧化物燃料电池供电系统，其特征在于，所述冷水管(13)与换热水箱(20)的一端固定连接，所述热水管(14)与换热水箱(20)的另一端固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种新型固体氧化物燃料电池供电系统，其特征在于，所述空气源(3)具体为空压机。

技术总结本技术公开了一种新型固体氧化物燃料电池供电系统，包括：固体氧化物燃料电池电堆、加热炉、燃烧器、水‑气换热器、第一逆变器；固体氧化物燃料电池电堆通过第一气体管路和第二气体管路分别连接有空气源和天然气源，空气源和天然气源分别用于向固体氧化物燃料电池电堆输送空气及天然气。本技术提供的一种新型固体氧化物燃料电池供电系统，通过整体结构设计，能够对固体氧化物燃料电池电堆反应产生的尾气的热量进行充分循环利用，提高了系统整体的效率，实现了能量的多级利用，缩短了系统的启动时间，绿色高效，安全可靠；并且在满足供电的同时，能够对部分电力进行储存，为加热炉供电，有助于突发事件后的应急电源恢复。技术研发人员：魏康伟,程娟,晏琳瑶,郭志国,杨镳豪,姚璐受保护的技术使用者：江西理工大学技术研发日：20231101技术公布日：2024/7/23