CN111640967B - 一种熔融碳酸盐燃料电池堆进气系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种熔融碳酸盐燃料电池堆进气系统及其工作方法，属于高温燃料电池技术领域。包括通过输气管依次连接的进气接头、减压阀、流量监测及控制柜、预热装置和布气装置；预热装置出口设置有测温装置，测温装置与预热装置连接；布气装置包括进气管、缓冲室和若干出气管，缓冲室的内腔为圆滑曲面，缓冲室的一侧与进气管连接，另一侧与若干出气管连接；进气接头与气源连接，若干出气管与电池堆端板连接。该系统能够对电池堆端板的进气状态进行有效的监测及控制，从而提高燃料电池进气的性能和稳定性，进而提高燃料电池运行的安全性和稳定性，提高使用寿命。

Description

一种熔融碳酸盐燃料电池堆进气系统及其工作方法
技术领域
本发明属于高温燃料电池技术领域，具体涉及一种熔融碳酸盐燃料电池堆进气系统及其工作方法。
背景技术
燃料电池发电技术是一种清洁高效的发电技术，可以在燃料电池内部发生电化学反应直接将燃料中的化学能转化为电能，避免了卡诺热机循环造成的热量损失，实现了能量的高效转化。熔融碳酸盐燃料电池是一种工作在650℃的高温燃料电池，具有噪音小、无污染、效率高、燃料来源广等优势。
熔融碳酸盐燃料电池阳极以富氢气体如氢气、煤制合成气、工厂弛放气等为原料，阴极以空气和二氧化碳的混合气体为原料，气体进入电池后，分别在阳极、阴极上发生电化学反应，产生的碳酸根通过熔融态电解质进行传导，电子通过外电路对外放电。进气状态(流量、温度、压力、进气分布均匀性等)直接影响电池性能，目前的进气装置采用单通道进气，近期的分布均匀性差，且压力和温度都不能进行有效控制，造成进气不能在燃料电池流场内均匀分布，有效面积减小，影响燃料电池性能。若不使用预热装置，进气温度过低，会使得燃料电池进气口附近温度过低，巨大温差会损坏电池，同时影响气密性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种熔融碳酸盐燃料电池堆进气系统及其工作方法，能够对电池堆端板的进气状态进行有效的监测及控制，从而提高燃料电池进气的性能和稳定性。
本发明通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种熔融碳酸盐燃料电池堆进气系统，包括通过输气管依次连接的进气接头、减压阀、流量监测及控制柜、预热装置和布气装置；预热装置出口设置有测温装置，测温装置与预热装置连接；布气装置包括进气管、缓冲室和若干出气管，缓冲室的内腔为圆滑曲面，缓冲室的一侧与进气管连接，另一侧与若干出气管连接；进气接头与气源连接，若干出气管与电池堆端板连接。
优选地，缓冲室为圆柱体，进气管设在缓冲室长度方向上的中点，若干出气管均布在缓冲室的长度方向上。
进一步优选地，出气管为偶数个且对称分布在进气管的两侧。
优选地，缓冲室与进气管和出气管的连接处圆滑过渡。
优选地，流量监测及控制柜包括设在输气管上的控制阀、质量流量计和浮子流量计。
优选地，测温装置为热电偶。
优选地，预热装置与布气装置之间的输气管外壁设有保温层；进气管、缓冲室和出气管的外壁设有保温层。
本发明公开的上述熔融碳酸盐燃料电池堆进气系统的工作方法，包括：
来自气源的气体由进气接头进入系统后，经减压阀减压至预设工作压力，再通过流量监测及控制柜调节气体流量，然后通过预热装置加热至预设工作温度，测温装置实时监测预热装置出口温度并反馈给预热装置，预热装置根据反馈结果进行调节；气体由进气管进入缓冲室后进行充分混匀，再由若干出气管均匀的进入电池堆端板。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的一种熔融碳酸盐燃料电池堆进气系统，减压阀对气体进行减压，流量监测及控制柜度气体的流量进行实时监测及调节，预热装置对气体的的温度进行实时监测及调节，以减少与电池堆本体的温差，同时可以减少低温气体进入高温电池堆时对电池堆的损伤，通过测温装置实时测温，可以将温度信息实时反馈到预热装置进行实时调节，最后气体进入布气装置，在圆滑曲面内腔的缓冲室中进行充分混匀，通过多个出气管进入电池堆端板的气道中，保证了气体进入电池堆气道和流场分布的均匀性，使进气状态达到最佳状态，从而提高燃料电池进气的性能和稳定性，进而提高燃料电池运行的安全性和稳定性，提高使用寿命。
进一步地，缓冲室为圆柱体，进气管设在缓冲室长度方向上的中点，若干出气管均布在缓冲室的长度方向上，能够使进气管进入缓冲室的气体均匀的朝缓冲室两端分布。
更进一步地，出气管为偶数个且对称分布在进气管的两侧，能够进一步提高气体分布的均匀性。
进一步地，缓冲室与进气管和出气管的连接处圆滑过渡，能够有效减少气体的阻力，提高气体分布的均匀性。
进一步地，目前流量控制采用单一流量计，流量计长时间未校准或者出现故障，会造成流量偏差，进而影响电池性能。流量监测及控制柜通过同时设置质量流量计和浮子流量计，保证流量测量的准确，提高控制精度。
进一步地，测温装置采用热电偶，测量精度高、响应速度快，耐压、耐高温，寿命长。
进一步地，预热装置与布气装置之间的输气管外壁设有保温层，进气管、缓冲室和出气管的外壁设有保温层，能够保证气体的热量不流失，温度较为恒定。
本发明公开的上述熔融碳酸盐燃料电池堆进气系统的工作方法，自动化程度高，能够对电池堆端板的进气状态进行有效控制，从而提高燃料电池进气的性能和稳定性。
附图说明
图1为本发明的熔融碳酸盐燃料电池堆进气系统的整体结构示意图；
图2为本发明的布气装置的结构示意图。
图中：1-进气接头，2-减压阀，3-流量监测及控制柜，4-预热装置，5-布气装置，5-1-进气管，5-2-缓冲室，5-3-出气管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
如图1，本发明的熔融碳酸盐燃料电池堆进气系统，包括通过输气管依次连接的进气接头1、减压阀2、流量监测及控制柜3、预热装置4和布气装置5；流量监测及控制柜3包括设在输气管上的控制阀、质量流量计和浮子流量计。
预热装置4出口设置有测温装置，测温装置与预热装置4连接。测温装置可以采用热电偶。
如图2，布气装置5包括进气管5-1、缓冲室5-2和若干出气管5-3，缓冲室5-2的内腔为圆滑曲面，缓冲室5-2的一侧与进气管5-1连接，另一侧与若干出气管5-3连接。优选地，缓冲室5-2为圆柱体，进气管5-1设在缓冲室5-2长度方向上的中点，若干出气管5-3均布在缓冲室5-2的长度方向上；缓冲室5-2与进气管5-1和出气管5-3的连接处圆滑过渡。进一步优选地，出气管5-3为偶数个且对称分布在进气管5-1的两侧。
优选地，预热装置4与布气装置5之间的输气管外壁设有保温层；进气管5-1、缓冲室5-2和出气管5-3的外壁设有保温层。
进气接头1与气源连接，若干出气管5-3与电池堆端板6连接。
上述熔融碳酸盐燃料电池堆进气系统的工作方法，包括：
来自气源的气体由进气接头1进入系统后，经减压阀2减压至预设工作压力，再通过流量监测及控制柜3调节气体流量，然后通过预热装置4加热至预设工作温度，测温装置实时监测预热装置4出口温度并反馈给预热装置4，预热装置4根据反馈结果进行调节；气体由进气管5-1进入缓冲室5-2后进行充分混匀，再由若干出气管5-3均匀的进入电池堆端板6。
在整个燃料电池系统中，分别设置两套本发明的熔融碳酸盐燃料电池堆进气系统，一套用于阳极气体，一套用于阴极气体。
需要说明的是，以上所述仅为本发明实施方式的一部分，根据本发明所描述的系统所做的等效变化，均包括在本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种熔融碳酸盐燃料电池堆进气系统，其特征在于，包括通过输气管依次连接的进气接头（1）、减压阀（2）、流量监测及控制柜（3）、预热装置（4）和布气装置（5）；预热装置（4）出口设置有测温装置，测温装置与预热装置（4）连接；布气装置（5）包括进气管（5-1）、缓冲室（5-2）和若干出气管（5-3），缓冲室（5-2）的内腔为圆滑曲面，缓冲室（5-2）的一侧与进气管（5-1）连接，另一侧与若干出气管（5-3）连接；进气接头（1）与气源连接，若干出气管（5-3）与电池堆端板（6）连接；预热装置（4）与布气装置（5）之间的输气管外壁设有保温层；进气管（5-1）、缓冲室（5-2）和出气管（5-3）的外壁设有保温层；缓冲室（5-2）为圆柱体，进气管（5-1）设在缓冲室（5-2）长度方向上的中点，若干出气管（5-3）均布在缓冲室（5-2）的长度方向上。
2.根据权利要求1所述的熔融碳酸盐燃料电池堆进气系统，其特征在于，出气管（5-3）为偶数个且对称分布在进气管（5-1）的两侧。
3.根据权利要求1所述的熔融碳酸盐燃料电池堆进气系统，其特征在于，缓冲室（5-2）与进气管（5-1）和出气管（5-3）的连接处圆滑过渡。
4.根据权利要求1所述的熔融碳酸盐燃料电池堆进气系统，其特征在于，流量监测及控制柜（3）包括设在输气管上的控制阀、质量流量计和浮子流量计。
5.根据权利要求1所述的熔融碳酸盐燃料电池堆进气系统，其特征在于，测温装置为热电偶。
6.权利要求1~5任意一项所述熔融碳酸盐燃料电池堆进气系统的工作方法，其特征在于，包括：
来自气源的气体由进气接头（1）进入系统后，经减压阀（2）减压至预设工作压力，再通过流量监测及控制柜（3）调节气体流量，然后通过预热装置（4）加热至预设工作温度，测温装置实时监测预热装置（4）出口温度并反馈给预热装置（4），预热装置（4）根据反馈结果进行调节；气体由进气管（5-1）进入缓冲室（5-2）后进行充分混匀，再由若干出气管（5-3）均匀的进入电池堆端板（6）。
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