耦合特种油重整、内燃机和SOFC的电源系统及方法与流程

本发明属于燃料电池电能装置领域，具体涉及一种耦合特种油重整、内燃机和sofc的电源系统及方法。

背景技术：

1、开发用于电力和推进应用的高效率和低排放的新型能源转换设备的需求日益增长，燃料电池是一种直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的电化学发电装置。

2、固体氧化物燃料电池（sofc）在高温下操作（600 ℃~900 ℃），表现出高效率、燃料灵活性高、对燃料杂质的耐受性强，并且不需要昂贵的贵金属催化剂，工作噪音小的优点。但与此同时，其在启动和关闭期间响应较慢，操作灵活性较低，且存在产生的高温废气浪费的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种耦合特种油重整、内燃机和sofc的电源系统及方法，其目的在于解决固体氧化物燃料电池响应慢，高温废气能量浪费的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种耦合特种油重整、内燃机和sofc的电源系统，包括第一换热器、混合器、重整器、内燃机和固体氧化物燃料电池，所述第一换热器的吸热介质输入端用于输入特种油燃料，所述第一换热器的吸热介质输出端与所述混合器的第一输入端连接，所述混合器的输出端与所述重整器的第一输入端连接，所述重整器的第二输入端用于输入水蒸气，所述重整器的输出端与所述固体氧化物燃料电池的阳极输入端连接，所述固体氧化物燃料电池的阴极输入端用于输入被加热的压缩空气，所述固体氧化物燃料电池的阳极废气端分别与所述第一换热器的放热介质输入端和所述混合器的第二输入端连接，所述第一换热器的放热介质输出端与所述内燃机的输入端连接。

4、进一步地，还包括第二换热器，所述第二换热器的吸热介质输入端用于输入压缩空气，所述第二换热器的吸热介质输出端与所述固体氧化物燃料电池的阴极输入端连接，所述固体氧化物燃料电池的阴极排气端与所述第二换热器的放热介质输入端连接。

5、进一步地，还包括空气压缩机，所述空气压缩机的输出端分别与所述内燃机的输入端和所述第二换热器的吸热介质输入端连接。

6、进一步地，还包括第一三通阀，所述空气压缩机的输出端与所述第一三通阀的输入端连接，所述第一三通阀的第一输出端与所述内燃机的输入端连接，所述第一三通阀的第二输出端与所述第二换热器的吸热介质输入端连接。

7、进一步地，还包括第一冷凝器，所述第一换热器的放热介质输出端与所述第一冷凝器的输入端连接，所述第一冷凝器的输出端与所述内燃机的输入端连接。

8、进一步地，还包括蒸汽发生器，所述蒸汽发生器的输入端用于连接水源，所述蒸汽发生器的输出端与所述重整器的第二输入端连接。

9、进一步地，还包括第二冷凝器，所述内燃机的排气端与所述第二冷凝器的输入端连接，所述第二冷凝器的输出端与所述蒸汽发生器的输入端连接。

10、进一步地，还包括燃料泵和脱硫器，所述燃料泵的输入端与特种油燃料源连接，所述燃料泵的输出端与所述脱硫器的输入端连接，所述脱硫器的输出端与所述第一换热器的吸热介质输入端连接。

11、进一步地，还包括第二三通阀，所述固体氧化物燃料电池的阳极废气端与所述第二三通阀的输入端连接，所述第二三通阀的第一输出端与所述第一换热器的放热介质输入端连接，所述第二三通阀的第二输出端与所述混合器的第二输入端连接。

12、一种耦合特种油重整、内燃机和sofc的电源系统的工作方法，特种油燃料从所述第一换热器的吸热介质输入端输入，所述固体氧化物燃料电池的阳极废气从所述第一换热器的放热介质输入端输入，经过所述第一换热器的阳极废气输入至所述内燃机进行燃烧发电；特种油燃料与阳极废气发生热量交换后被加热汽化至重整所需温度，加热汽化后的特种油燃料在所述混合器中与阳极废气混合，混合后的气体以及水蒸气共同输入至所述重整器进行重整反应生成合成气，合成气和被加热的压缩空气输入至所述固体氧化物燃料电池进行电化学反应发电。

13、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

14、本发明提供的耦合特种油重整、内燃机和sofc的电源系统，将特种油燃料从第一换热器的吸热介质输入端输入，将固体氧化物燃料电池的阳极废气从第一换热器的放热介质输入端输入，特种油燃料与阳极废气发生热量交换后被加热汽化至重整所需温度，加热汽化后的特种油燃料在混合器中与阳极废气混合，混合后的气体以及水蒸气共同输入至重整器进行重整反应生成合成气，合成气和被加热的压缩空气输入至固体氧化物燃料电池进行电化学反应发电。本发明有效的利用了固体氧化物燃料电池产生的高温废气。同时，固体氧化物燃料电池产生的废气输入至内燃机进行燃烧发电，利用内燃机的瞬间操作及启动能力可以弥补固体氧化物燃料电池瞬态响应差的问题，并且进一步提升了发电效率。采用特种油为燃料，可降低燃料获取及储存成本，在提升系统经济性和安全性的同时，解决系统地域限制问题。

15、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种耦合特种油重整、内燃机和sofc的电源系统，特征在于，包括第一换热器（4）、混合器（5）、重整器（6）、内燃机（8）和固体氧化物燃料电池（12），所述第一换热器（4）的吸热介质输入端用于输入特种油燃料，所述第一换热器（4）的吸热介质输出端与所述混合器（5）的第一输入端连接，所述混合器（5）的输出端与所述重整器（6）的第一输入端连接，所述重整器（6）的第二输入端用于输入水蒸气，所述重整器（6）的输出端与所述固体氧化物燃料电池（12）的阳极输入端连接，所述固体氧化物燃料电池（12）的阴极输入端用于输入被加热的压缩空气，所述固体氧化物燃料电池（12）的阳极废气端分别与所述第一换热器（4）的放热介质输入端和所述混合器（5）的第二输入端连接，所述第一换热器（4）的放热介质输出端与所述内燃机（8）的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种耦合特种油重整、内燃机和sofc的电源系统，其特征在于，还包括第二换热器（11），所述第二换热器（11）的吸热介质输入端用于输入压缩空气，所述第二换热器（11）的吸热介质输出端与所述固体氧化物燃料电池（12）的阴极输入端连接，所述固体氧化物燃料电池（12）的阴极排气端与所述第二换热器（11）的放热介质输入端连接。

3.根据权利要求2所述的一种耦合特种油重整、内燃机和sofc的电源系统，其特征在于，还包括空气压缩机（2），所述空气压缩机（2）的输出端分别与所述内燃机（8）的输入端和所述第二换热器（11）的吸热介质输入端连接。

4.根据权利要求3所述的一种耦合特种油重整、内燃机和sofc的电源系统，其特征在于，还包括第一三通阀（13），所述空气压缩机（2）的输出端与所述第一三通阀（13）的输入端连接，所述第一三通阀（13）的第一输出端与所述内燃机（8）的输入端连接，所述第一三通阀（13）的第二输出端与所述第二换热器（11）的吸热介质输入端连接。

5.根据权利要求1所述的一种耦合特种油重整、内燃机和sofc的电源系统，其特征在于，还包括第一冷凝器（7），所述第一换热器（4）的放热介质输出端与所述第一冷凝器（7）的输入端连接，所述第一冷凝器（7）的输出端与所述内燃机（8）的输入端连接。

6.根据权利要求1所述的一种耦合特种油重整、内燃机和sofc的电源系统，其特征在于，还包括蒸汽发生器（10），所述蒸汽发生器（10）的输入端用于连接水源，所述蒸汽发生器（10）的输出端与所述重整器（6）的第二输入端连接。

7.根据权利要求6所述的一种耦合特种油重整、内燃机和sofc的电源系统，其特征在于，还包括第二冷凝器（9），所述内燃机（8）的排气端与所述第二冷凝器（9）的输入端连接，所述第二冷凝器（9）的输出端与所述蒸汽发生器（10）的输入端连接。

8.根据权利要求1所述的一种耦合特种油重整、内燃机和sofc的电源系统，其特征在于，还包括燃料泵（1）和脱硫器（3），所述燃料泵（1）的输入端与特种油燃料源连接，所述燃料泵（1）的输出端与所述脱硫器（3）的输入端连接，所述脱硫器（3）的输出端与所述第一换热器（4）的吸热介质输入端连接。

9.根据权利要求1所述的一种耦合特种油重整、内燃机和sofc的电源系统，其特征在于，还包括第二三通阀（14），所述固体氧化物燃料电池（12）的阳极废气端与所述第二三通阀（14）的输入端连接，所述第二三通阀（14）的第一输出端与所述第一换热器（4）的放热介质输入端连接，所述第二三通阀（14）的第二输出端与所述混合器（5）的第二输入端连接。

10.权利要求1~9任一项所述的一种耦合特种油重整、内燃机和sofc的电源系统的工作方法，其特征在于，特种油燃料从所述第一换热器（4）的吸热介质输入端输入，所述固体氧化物燃料电池（12）的阳极废气从所述第一换热器（4）的放热介质输入端输入，经过所述第一换热器（4）的阳极废气输入至所述内燃机（8）进行燃烧发电；特种油燃料与阳极废气发生热量交换后被加热汽化至重整所需温度，加热汽化后的特种油燃料在所述混合器（5）中与阳极废气混合，混合后的气体以及水蒸气共同输入至所述重整器（6）进行重整反应生成合成气，合成气和被加热的压缩空气输入至所述固体氧化物燃料电池（12）进行电化学反应发电。

技术总结本发明属于燃料电池电能装置领域，公开了耦合特种油重整、内燃机和SOFC的电源系统及方法，第一换热器的吸热介质输入端用于输入特种油燃料，第一换热器的吸热介质输出端与混合器的第一输入端连接，混合器的输出端与重整器的第一输入端连接，重整器的第二输入端用于输入水蒸气，重整器的输出端与固体氧化物燃料电池的阳极输入端连接，固体氧化物燃料电池的阴极输入端用于输入被加热的压缩空气，固体氧化物燃料电池的阳极废气端分别与第一换热器的放热介质输入端和混合器的第二输入端连接，第一换热器的放热介质输出端与内燃机的输入端连接。本发明解决了固体氧化物燃料电池响应慢，废气能量浪费的问题。技术研发人员：高展,毛世强,张立岗,雷宏春,马忠印,苏怀强,宋雪受保护的技术使用者：陕西煤基特种燃料研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29