CN203339256U - 一种1kW固体氧化物燃料电池测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种1kW固体氧化物燃料电池测试系统，特点是主要包括阳极燃料气体回路、阴极空气回路、电子负载和尾气处理装置，阳极燃料气体回路与固体氧化物燃料电堆连接，阴极空气回路与固体氧化物燃料电堆连接，固体氧化物燃料电堆与电子负载连接，固体氧化物燃料电堆与尾气处理装置连接；优点是：具有完整的闭环控制程序，可以提供固态氧化物燃料电池的各种运行工况，并能对此类燃料电池进行L-V曲线测试、不同工况的性能测试、负载测试以及燃料电池寿命测试。

Description

一种1kW固体氧化物燃料电池测试系统

技术领域

本实用新型涉及一种燃料电池测试系统，尤其是涉及一种1kW固体氧化物燃料电池测试系统。 

背景技术

随着人类社会的发展，能源和环境问题日益成为制约国内外经济发展的瓶颈，越来越多的国家开始寻找可替代的绿色新能源。固体氧化物燃料电池是一种将化石燃料煤、石油、天然气以及其它等碳氢化合物中的化学能转换为电能的发电装置。与以燃烧为基础的传统发电方式相比，固体氧化物燃料电池在能量转换过程中没有燃烧和机械过程，极大地降低了能量损失，提高了能量转化效率，同时也避免了氮氧化物、硫氧物、一氧化碳与二氧化碳以及粉尘等污染物的产生，近而保护了生态环境。此外，固体氧化物燃料电池具有安静、可靠和优质等特点。 

严格的固体氧化物燃料电池测试系统是固体氧化物燃料电池研究开发过程中必不可少的环节，其目的是评估固体氧化物燃料电池相关部件的运行工况，为进一步优化单电池和电堆综合性能提供依据。目前，国外相关公司提供的固体氧化物燃料电池测试设备具有价格昂贵、产品固化、售后服务困难等问题。因此，自主开发固体氧化物燃料电池测试平台对于我国固体氧化物燃料电池技术的研究与开发至关重要。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种直接评估1kW固体氧化物燃料电池工作发电性能的测控系统。 

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种1kW固体氧化物燃料电池测试系统，包括阳极燃料气体回路、阴极空气回路、电子负载和尾气处理装置，所述的阳极燃料气体回路与固体氧化物燃料电堆连接，所述的阴极空气回路与固体氧化物燃料电堆连接，所述的固体氧化物燃料电堆与电子负载连接，所述的固体氧化物燃料电堆与尾气处理装置连接。 

所述的阳极燃料气体回路包括阳极燃料气体、阳极燃料气体控制装置、混合腔、第一通路和第二通路，所述的阳极燃料气体经过所述的阳极燃料气体控制装置后于混合腔内形成阳极混合燃料气体，所述的阳极混合燃料气体通过所述的第一通路或者所述的第二通路进入固体氧化物燃料电堆。 

所述的阳极燃料气体包括氢气、甲烷、一氧化碳和二氧化碳，所述的阳极燃料气体控制装置包括氢气控制装置、甲烷控制装置、一氧化碳控制装置和二氧化碳控制装置，所述的氢气控制装置包括第一过滤器、第一减压阀、第一压力表、第一电磁阀、第一质量流量计和第一单向阀，氢气依次经过第一过滤器、第一减压阀、第一压力表、第一电磁阀、第一质量流量计和第一单向阀进入所述的混合腔。 

所述的甲烷控制装置包括第二过滤器、第二减压阀、第二压力表、第二电磁阀、第二质量流量计和第二单向阀，甲烷依次经过第二过滤器、第二减压阀、第二压力表、第二电磁阀、第二质量流量计和第二单向阀进入所述的混合腔。 

所述的一氧化碳控制装置包括第三过滤器、第三减压阀、第三压力表、第三电磁阀、第三质量流量计和第三单向阀，一氧化碳依次经过第三过滤器、第三减压阀、第三压力表、第三电磁阀、第三质量流量计和第三单向阀进入所述的混合腔。 

所述的二氧化碳控制装置包括第四过滤器、第四减压阀、第四压力表、第四电磁阀、第四质量流量计和第四单向阀，二氧化碳依次经过第四过滤器、第四减压阀、第四压力表、第四电磁阀、第四质量流量计和第四单向阀进入所述的混合腔。在上述阳极燃料气体回路中，质量流量控制器根据来自上位机的流量设定值采用智能控制方式与电磁阀配合将燃料供给流量稳定在设定值上。 

所述的第一通路包括第五电磁阀和第一保温处理装置，所述的阳极混合燃料气体经过第五电磁阀后由第一保温处理装置中的保温管道引入固体氧化物燃料电堆的阳极，所述的第五电磁阀接在所述的混合腔的输出端和第一保温处理装置之间，所述的第一保温装置包括第一温度探头、第一压力传感器和第一加热带； 

所述的第二通路包括气体加湿装置和第一保温处理装置，所述的气体加湿装置包括第六电磁阀、蒸汽炉、水箱、第一液位计、蠕动泵、第七电磁阀、第五单向阀、手阀和第一排水口，所述的蒸汽炉上设置有第二温度探头，所述的水箱内的去离子水依次经过第一液位计、蠕动泵、第七电磁阀和第五单向阀进入蒸汽炉内加热，所述的阳极混合燃料气体同时通过第六电磁阀后从蒸汽炉底部进入炉腔内加湿，加湿完后，阳极混合燃料 气体由第一保温处理装置中的保温管道引入所述的固体氧化物燃料电堆的阳极，多余的去离子水经过手阀由第一排水口排出。 

所述的阴极空气回路包括第五过滤器、第五减压阀、第五压力表、第八电磁阀、第五质量流量计、第六单向阀和第二保温处理装置，空气依次通过第五过滤器、第五减压阀、第五压力表、第八电磁阀、第五质量流量计和第六单向阀后由第二保温处理装置中的保温管道引入固体氧化物燃料电堆的阴极，所述的第二保温处理装置包括第二温度探头、第二压力传感器和第二加热带。 

所述的尾气处理装置包括阳极尾气处理装置和阴极尾气处理装置，所述的阳极尾气处理装置包括阳极尾气出口、第一冷凝管、第一气液分离器、第一排气口、第九电磁阀和第二排水口，参与电堆反应后的阳极尾气由阳极尾气出口排出，通过第一冷凝管进入第一气液分离器完成气体与液体的分离，气体由设备上部的第一排气口排出，液体由设备下部的第二排水口排出，所述的第二排水口与第一气液分离器之间设置有第二液位计和第九电磁阀，所述的第二液位计监测液体积累状态，当水超过安全位置时，开启第九电磁阀； 

所述的阴极尾气处理装置包括阴极尾气出口、第二冷凝管、第二气液分离器、第二排气口、第十电磁阀和第三排水口，参与电堆反应后的阴极尾气由阴极尾气出口排出，通过第二冷凝管进入第二气液分离器完成气体与液体的分离，气体由设备上部的第二排气口排出，液体由设备下部的第三排水口排出，所述的第三排水口与第二气液分离器之间设置有第三液位计和第十电磁阀，所述的第三液位计监测液体积累状态，当水超过安全位置时，开启第十电磁阀。 

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：这种电池测试系统具有完整的闭环控制程序，可以提供固态氧化物燃料电池的各种运行工况，并能对此类燃料电池进行L-V曲线测试、不同工况的性能测试、负载测试以及燃料电池寿命测试。 

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。 

图2为本实用新型的总结构。 

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。 

一种1kW固体氧化物燃料电池测试系统，主要包括阳极燃料气体回路2、阴极空气回路3、电子负载4和尾气处理装置5，阳极燃料气体回路2与固体氧化物燃料电堆1连接，阴极空气回路3与固体氧化物燃料电堆1连接，固体氧化物燃料电堆1与电子负载4连接，固体氧化物燃料电堆1与尾气处理装置5连接。 

阳极燃料气体回路2包括阳极燃料气体、阳极燃料气体控制装置6、混合腔7、第一通路8和第二通路9，阳极燃料气体经过阳极燃料气体控制装置6后于混合腔7内形成阳极混合燃料气体，阳极混合燃料气体通过第一通路8或者第二通路9进入固体氧化物燃料电堆1。 

阳极燃料气体包括氢气a、甲烷b、一氧化碳c和二氧化碳d，阳极燃料气体控制装置6包括氢气控制装置61、甲烷控制装置62、一氧化碳控制装置63和二氧化碳控制装置64，氢气控制装置61包括第一过滤器611、第一减压阀612、第一压力表613、第一电磁阀614、第一质量流量计615和第一单向阀616，氢气a依次经过第一过滤器611、第一减压阀612、第一压力表613、第一电磁阀614、第一质量流量计615和第一单向阀616进入混合腔7。 

甲烷控制装置62包括第二过滤器621、第二减压阀622、第二压力表623、第二电磁阀624、第二质量流量计625和第二单向阀626，甲烷b依次经过第二过滤器621、第二减压阀622、第二压力表623、第二电磁阀624、第二质量流量计625和第二单向阀626进入混合腔7。 

一氧化碳控制装置63包括第三过滤器631、第三减压阀632、第三压力表633、第三电磁阀634、第三质量流量计635和第三单向阀636，一氧化碳c依次经过第三过滤器631、第三减压阀632、第三压力表633、第三电磁阀634、第三质量流量计635和第三单向阀636进入混合腔7。 

二氧化碳控制装置64包括第四过滤器641、第四减压阀642、第四压力表643、第四电磁阀644、第四质量流量计645和第四单向阀646，二氧化碳d依次经过第四过滤器641、第四减压阀642、第四压力表643、第四电磁阀644、第四质量流量计645和第四单向阀646进入混合腔7。 

第一通路8包括第五电磁阀81和第一保温处理装置82，阳极混合燃料气体经过第五电磁阀81后由第一保温处理装置82中的保温管道引入固体氧化物燃料电堆1的阳极，第五电磁阀81接在混合腔7的输出端和第一保温处理装置82之间，第一保温装置82 包括第一温度探头821、第一压力传感器822和第一加热带823。 

第二通路9包括气体加湿装置（图中未示出）和第一保温处理装置82，气体加湿装置包括第六电磁阀91、蒸汽炉92、水箱94、第一液位计98、蠕动泵95、第七电磁阀96、第五单向阀97、手阀99和第一排水口90，蒸汽炉92上设置有第二温度探头93，水箱94内的去离子水依次经过第一液位计98、蠕动泵95、第七电磁阀96和第五单向阀97进入蒸汽炉92内加热，阳极混合燃料气体同时通过第六电磁阀91后从蒸汽炉92底部进入炉腔内加湿，加湿完后，阳极混合燃料气体由第一保温处理装置82中的保温管道引入固体氧化物燃料电堆1的阳极，多余的去离子水经过手阀99由第一排水口90排出。 

阴极空气回路3包括第五过滤器31、第五减压阀32、第五压力表33、第八电磁阀34、第五质量流量计35、第六单向阀36和第二保温处理装置37，空气e依次通过第五过滤器31、第五减压阀32、第五压力表33、第八电磁阀34、第五质量流量计35、第六单向阀36和第二保温处理装置37后进入固体氧化物燃料电堆1的阴极，第二保温处理装置37包括第二温度探头372、第二压力传感器373和第二加热带371。 

尾气处理装置5包括阳极尾气处理装置51和阴极尾气处理装置52，阳极尾气处理装置51包括阳极尾气出口510、第一冷凝管511、第一气液分离器512、第一排气口514、第九电磁阀515和第二排水口516，参与电堆反应后的阳极尾气由阳极尾气出口510排出，通过第一冷凝管511进入第一气液分离器512完成气体与液体的分离，气体由设备上部的第一排气口514排出，液体由设备下部的第二排水口516排出，第二排水口516与第一气液分离器512之间设置有第二液位计513和第九电磁阀515，第二液位计513监测液体积累状态，当水超过安全位置时，开启第九电磁阀515； 

阴极尾气处理装置52包括阴极尾气出口520、第二冷凝管521、第二气液分离器522、第二排气口524、第十电磁阀525和第三排水口526，参与电堆反应后的阴极尾气由阴极尾气出口排出，通过第二冷凝管521进入第二气液分离器522完成气体与液体的分离，气体由设备上部的第二排气口524排出，液体由设备下部的第三排水口526排出，第三排水口526与第二气液分离器522之间设置有第三液位计523和第十电磁阀525，第三液位计523监测液体积累状态，当水超过安全位置时，开启第十电磁阀525。 

Claims (6)

1.一种1kW固体氧化物燃料电池测试系统，其特征在于包括阳极燃料气体回路、阴极空气回路、电子负载和尾气处理装置，所述的阳极燃料气体回路与固体氧化物燃料电堆连接，所述的阴极空气回路与固体氧化物燃料电堆连接，所述的固体氧化物燃料电堆与电子负载连接，所述的固体氧化物燃料电堆与尾气处理装置连接。 

2.根据权利要求1所述的一种1kW固体氧化物燃料电池测试系统，其特征在于所述的阳极燃料气体回路包括阳极燃料气体、阳极燃料气体控制装置、混合腔、第一通路和第二通路，所述的阳极燃料气体经过所述的阳极燃料气体控制装置后于混合腔内形成阳极混合燃料气体，所述的阳极混合燃料气体通过所述的第一通路或者所述的第二通路进入固体氧化物燃料电堆。 

3.根据权利要求2所述的一种1kW固体氧化物燃料电池测试系统，其特征在于所述的阳极燃料气体包括氢气、甲烷、一氧化碳和二氧化碳，所述的阳极燃料气体控制装置包括氢气控制装置、甲烷控制装置、一氧化碳控制装置和二氧化碳控制装置，所述的氢气控制装置包括第一过滤器、第一减压阀、第一压力表、第一电磁阀、第一质量流量计和第一单向阀，氢气依次经过第一过滤器、第一减压阀、第一压力表、第一电磁阀、第一质量流量计和第一单向阀进入所述的混合腔； 

所述的甲烷控制装置包括第二过滤器、第二减压阀、第二压力表、第二电磁阀、第二质量流量计和第二单向阀，甲烷依次经过第二过滤器、第二减压阀、第二压力表、第二电磁阀、第二质量流量计和第二单向阀进入所述的混合腔； 

所述的一氧化碳控制装置包括第三过滤器、第三减压阀、第三压力表、第三电磁阀、第三质量流量计和第三单向阀，一氧化碳依次经过第三过滤器、第三减压阀、第三压力表、第三电磁阀、第三质量流量计和第三单向阀进入所述的混合腔； 

所述的二氧化碳控制装置包括第四过滤器、第四减压阀、第四压力表、第四电磁阀、第四质量流量计和第四单向阀，二氧化碳依次经过第四过滤器、第四减压阀、第四压力表、第四电磁阀、第四质量流量计和第四单向阀进入所述的混合腔。 

4.根据权利要求2所述的一种1kW固体氧化物燃料电池测试系统，其特征在于所述的第一通路包括第五电磁阀和第一保温处理装置，所述的阳极混合燃料气体经过第五电磁阀后由第一保温处理装置中的保温管道引入固体氧化物燃料电堆的阳极，所述的第 五电磁阀接在所述的混合腔的输出端和第一保温处理装置之间，所述的第一保温装置包括第一温度探头、第一压力传感器和第一加热带； 

所述的第二通路包括气体加湿装置和第一保温处理装置，所述的气体加湿装置包括第六电磁阀、蒸汽炉、水箱、第一液位计、蠕动泵、第七电磁阀、第五单向阀、手阀和第一排水口，所述的蒸汽炉上设置有第二温度探头，所述的水箱内的去离子水依次经过第一液位计、蠕动泵、第七电磁阀和第五单向阀进入蒸汽炉内加热，所述的阳极混合燃料气体同时通过第六电磁阀后从蒸汽炉底部进入炉腔内加湿，加湿完后，阳极混合燃料气体由第一保温处理装置中的保温管道引入所述的固体氧化物燃料电堆的阳极，多余的去离子水经过手阀由第一排水口排出。 

5.根据权利要求1所述的一种1kW固体氧化物燃料电池测试系统，其特征在于所述的阴极空气回路包括第五过滤器、第五减压阀、第五压力表、第八电磁阀、第五质量流量计、第六单向阀和第二保温处理装置，空气依次通过第五过滤器、第五减压阀、第五压力表、第八电磁阀、第五质量流量计和第六单向阀后由第二保温处理装置中的保温管道引入固体氧化物燃料电堆的阴极，所述的第二保温处理装置包括第二温度探头、第二压力传感器和第二加热带。 

6.根据权利要求1所述的一种1kW固体氧化物燃料电池测试系统，其特征在于所述的尾气处理装置包括阳极尾气处理装置和阴极尾气处理装置，所述的阳极尾气处理装置包括阳极尾气出口、第一冷凝管、第一气液分离器、第一排气口、第九电磁阀和第二排水口，参与电堆反应后的阳极尾气由阳极尾气出口排出，通过第一冷凝管进入第一气液分离器完成气体与液体的分离，气体由设备上部的第一排气口排出，液体由设备下部的第二排水口排出，所述的第二排水口与第一气液分离器之间设置有第二液位计和第九电磁阀，所述的第二液位计监测液体积累状态，当水超过安全位置时，开启第九电磁阀； 

所述的阴极尾气处理装置包括阴极尾气出口、第二冷凝管、第二气液分离器、第二排气口、第十电磁阀和第三排水口，参与电堆反应后的阴极尾气由阴极尾气出口排出，通过第二冷凝管进入第二气液分离器完成气体与液体的分离，气体由设备上部的第二排气口排出，液体由设备下部的第三排水口排出，所述的第三排水口与第二气液分离器之间设置有第三液位计和第十电磁阀，所述的第三液位计监测液体积累状态，当水超过安全位置时，开启第十电磁阀。 

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