CN203967185U - 一种固体氧化物燃料电池供电设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种固体氧化物燃料电池供电设备，包括一级换热器、二级换热器、重整器、热平衡装置、SOFC电堆、燃烧室；第一路燃料与水蒸汽混合后进入一级换热器，然后输送到重整器，经过重整器后输送到热平衡装置，然后输送到SOFC电堆；第一路氧气依次进入一级换热器、二级换热器进行热交换后进入热平衡装置，然后输送到SOFC电堆；SOFC电堆产生的尾气输送到燃烧室，燃烧室产生的尾气依次进入二级换热器、重整器、热平衡装置、SOFC电堆、一级换热器、尾气吸收装置，然后再输送至燃烧室。本实用新型的固体氧化物燃料电池供电设备将尾气中的热量充分利用，减小了对外界环境的热辐射，而且将尾气又输送至燃烧室中，节能环保。

Description

一种固体氧化物燃料电池供电设备

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，具体地说，是涉及一种固体氧化物燃料电池供电设备。

背景技术

燃料电池是一种将燃料的化学能直接转换为电能的电化学装置，不需要外电源充电，只要提供合适的燃料就能源源不断的输出电能，应用比较广泛。

现有燃料电池对尾气的利用率较低，在尾气中还含有大量热能时就向外排出，尾气中热能的回收率低，且对外界环境的热辐射较大。

发明内容

本实用新型提供了一种固体氧化物燃料电池供电设备，提高了尾气中热能的回收率及燃料的利用率，减小了对外界环境的热辐射，节能环保。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种固体氧化物燃料电池供电设备，包括一级换热器、二级换热器、重整器、热平衡装置、SOFC电堆、燃烧室、电能管理单元；燃料从燃料罐中输出后分为两路，第一路燃料与水蒸汽混合后进入一级换热器，进行热交换后输送到重整器，经过重整器进行重整后输送到热平衡装置，然后输送到SOFC电堆的正极，第二路燃料输送到燃烧室；氧气从氧气罐中输出后也分为两路，第一路氧气依次进入一级换热器、二级换热器进行热交换后进入热平衡装置，然后输送到SOFC电堆的负极，第二路氧气输送到燃烧室；SOFC电堆的阳极尾气和阴极尾气分别输送到燃烧室，燃烧室产生的尾气依次进入二级换热器、重整器、热平衡装置、SOFC电堆、一级换热器、尾气吸收装置，将从尾气吸收装置出来的尾气输送至燃烧室；SOFC电堆产生的电能传输至电能管理单元，并由电能管理单元为负载供电。

进一步的，所述电能管理单元包括功率变换器和超级电容，所述SOFC电堆产生的电能通过功率变换器为负载供电，功率变换器与超级电容连接。

又进一步的，所述固体氧化物燃料电池供电设备还包括控制器，所述控制器与所述SOFC电堆电连接，所述功率变换器与控制器电连接。

更进一步的，所述固体氧化物燃料电池供电设备还包括用于产生水蒸汽的蒸汽发生装置，所述蒸汽发生装置包括水泵、第一过滤器和热交换器，水泵抽取的水经第一过滤器过滤后输送到热交换器，热交换器将水汽化生成水蒸汽，并将水蒸汽输送至输送燃料到一级换热器的输送管路中。

进一步的，在输送第一路氧气到一级换热器的输送管路中还设置有第一减压阀、第一流量计。

进一步的，在输送第二路氧气到燃烧室的输送管路中还设置有第二流量计。

又进一步的，在输送第一路燃料到一级换热器的输送管路中还设置有第三过滤器、第二减压阀、第三流量计。

进一步的，在输送第二路燃料到燃烧室的输送管路中还设置有第四流量计。

又进一步的，所述固体氧化物燃料电池供电设备还包括氮气罐，氮气罐中的氮气被输送至输送第一路燃料到第三过滤器的输送管路中。

优选的，所述功率变换器分别与第一减压阀、第二减压阀电连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的固体氧化物燃料电池供电设备提高了对尾气的利用率，对尾气中含有的热量进行充分的利用，减小了对外界环境的热辐射，而且将尾气又输送至燃烧室中，提高燃料利用率，节能环保。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型所提出的固体氧化物燃料电池供电设备的一个实施例的工作原理图。

1、氧气罐；2、第二过滤器；3、第一减压阀；4、第一流量计；5、第二流量计；6、燃料罐；7、三通阀；8、第三过滤器；9、第二减压阀；10、第三流量计；11、第四流量计；12、氮气罐；13、水泵；14、第一过滤器；

  是氧气的输送路线；

   是水蒸汽的输送路线；

是燃料的输送路线；

   （短划虚线）是氮气的输送路线；

  （长划虚线）是尾气的输送路线；  

…………  （方点虚线）是电能的传输路线。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

实施例一，本实施例的固体氧化物燃料电池供电设备主要由一级换热器、二级换热器、重整器、热平衡装置、SOFC电堆、燃烧室、电能管理单元以及输送管路等构成，参见图1所示。燃料从燃料罐6中输出后分为两路，第一路燃料和水蒸汽混合，经过重整器重整后被输送至SOFC电堆，第二路燃料输送至燃烧室；氧气从氧气罐1中输出后也分为两路，第一路氧气被输送至SOFC电堆，第二路氧气被输送至燃烧室；SOFC电堆产生的电能传输到电能管理单元，由电能管理单元为负载供电；SOFC电堆产生的阴阳极尾气被输送至燃烧室，燃烧室产生的尾气为固体氧化物燃料电池供电设备提供热能。

具体来说，氧气从氧气罐1中输出经过第二过滤器2过滤后分为两路，第一路氧气经过第一减压阀3减压、第一流量计4控制流量后进入一级换热器，经过热交换后进入二级换热器，经过二级换热器的热交换后被输送到热平衡装置；第二路氧气经过第二流量计5控制流量后输送到燃烧室。

燃料从燃料罐6中输出后分为两路，第一路燃料经过第三过滤器8滤除杂质、第二减压阀9调节气流压力和第三流量计10调节燃料流量后，与水蒸汽混合，然后进入一级换热器，经过热交换后进入重整器进行重整，重整器输出重整气，将重整气输送到热平衡装置，与氧气进行热交换，消除温差，经过热平衡装置后，重整气和氧气具有相同的温度，重整气被输送到SOFC电堆的正极，氧气被输送到SOFC电堆的负极，重整气和氧气在SOFC电堆中进行电化学反应；SOFC电堆的阳极排出阳极尾气，在阳极尾气中含有未完全反应的重整气，SOFC电堆的阴极排出阴极尾气，阴极尾气中含有氧气，阳极尾气和阴极尾气分别被输送到燃烧室进行燃烧。第二路燃料经过第四流量计11调节燃料流量后输送到燃烧室。

在本实施例中，所述燃料优选为十二烷。

在本实施例中，还包括用于产生水蒸汽的蒸汽发生装置，蒸汽发生装置主要由水泵13、第一过滤器14和热交换器等构成，水泵13抽取的水经第一过滤器14过滤后输送到热交换器，热交换器将水汽化生成水蒸汽，并将水蒸汽输送到输送燃料到一级换热器的输送管路中，即第一路燃料经过第三流量计10后与蒸汽发生装置产生的水蒸汽混合。水蒸汽与第一路燃料混合后一起被输送至一级换热器。

在本实施例中，还设置有氮气罐12，在氮气罐12中存储有氮气，氮气从氮气罐12中输出后，被输送至输送第一路燃料到第三过滤器8的输送管路中。具体来说，在输送第一路燃料到第三过滤器8的输送管路中设置有三通阀7，三通阀7有两个入口和一个出口，三通阀7的出口与第三过滤器8连接；从燃料罐6中输出的第一路燃料从三通阀7的一个入口进入，从三通阀7的出口输出；从氮气罐12中输出的氮气从三通阀7的另一个入口进入，从三通阀7的出口输出。

在设备开始发电时，控制三通阀7的一个入口与出口导通，第一路燃料通过三通阀7进入第三过滤器8。在设备停止发电时，控制三通阀7的另一个入口与出口导通，氮气罐12中的氮气通过三通阀7进入第三过滤器8，经过第三过滤器8滤除杂质、第二减压阀9调节气流压力和第三流量计10调节流量后进入一级换热器，然后进入重整器，对重整器进行持续吹扫，防止重整器内部积液，影响设备的正常运行。在设备发电过程中，如果发生突发状况，可以通过三通阀7将输送第一路燃料切换成输送氮气，对设备进行保护，防止事故的发生。

在燃烧室中，氧气、燃料、由SOFC电堆输送的阳极尾气和阴极尾气燃烧，为整个设备提供热能。为了满足对热能的需求，可以通过第二流量计5控制输送到燃烧室的第二路氧气的流量，可以通过第四流量计11控制输送到燃烧室的第二路燃料的流量，从而有足够的氧气和燃料进行燃烧，产生足够的热能。

燃烧室燃烧产生的尾气带有大量的热能，可以为整个设备提供热能。具体来说，燃烧室排出的尾气首先输送到二级换热器，为二级换热器提供热能，然后输送至重整器，为重整器提供热能后，输送至热平衡装置，为热平衡装置提供热能后，输送至SOFC电堆，为SOFC电堆提供热能后，输送至一级换热器，为一级换热器提供热能后，输送至热交换器，为热交换器提供热能后，输送至尾气吸收装置。在尾气吸收装置中设置有介孔硅有机胺和干燥剂，分别用来吸收尾气中的二氧化碳和水蒸汽，经过尾气吸收装置后，尾气中还含有氧气和未反应的燃料，再将尾气输送至燃烧室燃烧，节约了能源，实现燃料的回收利用。

在本实施例中，第一路氧气进入一级换热器，经过热交换后温度为400℃，然后进入二级换热器，经过热交换后温度为700℃，然后进入热平衡装置；第一路燃料经过一级换热器的热交换后温度为400℃，进入重整器重整后，输出的重整气的温度是750℃，重整气被输送到热平衡装置，750℃的重整气与700℃的氧气在热平衡装置中进行热交换，达到温度平衡后，重整气和氧气具有相同的温度，即720℃，720℃的重整气和720℃的氧气分别被输出至SOFC电堆进行反应。

燃烧室排出温度为900℃的尾气，进入二级换热器，经过热交换后，尾气的温度为750℃，750℃的尾气进入重整器，经过热交换后，尾气的温度为700℃，700℃的尾气进入热平衡装置，经过热交换后，尾气的温度为650℃，650℃的尾气进入SOFC电堆，经过热交换后，尾气的温度为550℃，然后将550℃的尾气输送至一级换热器，进过一级换热器的热交换后温度为200℃，将200℃的尾气输送至热交换器，进行热交换后，尾气的温度为100℃，然后将100℃的尾气输送至尾气吸收装置，根据实际需要，从尾气吸收装置输出的尾气还可以为其他设备供热后再输送至燃烧室。

在本实施例中，还设置有控制器，控制器与SOFC电堆电连接，控制SOFC电堆的运行。

在SOFC电堆中，重整气和氧气进行电化学反应产生电能，产生的电能输出至电能管理单元。电能管理单元主要由功率变换器和超级电容组成，功率变换器与超级电容连接，SOFC电堆产生的电能传输至功率变换器，并经功率变换器为负载供电。在本实施例中，功率变换器分别与控制器、第一减压阀3、第二减压阀9电连接。

超级电容具有功率输出响应快、能够适应很大功率冲击的优点。当SOFC电堆产生的电能较多时，不仅通过功率变换器为负载供电，而且通过功率变换器为超级电容充电；当外部负载需要的电能突增时，超级电容放电，并通过功率变换器向负载供电。

本实施例的固体氧化物燃料电池供电设备可以应用在潜水器、鱼雷等海洋设备中，为海洋设备供电。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种固体氧化物燃料电池供电设备，其特征在于：包括一级换热器、二级换热器、重整器、热平衡装置、SOFC电堆、燃烧室、电能管理单元；燃料从燃料罐中输出后分为两路，第一路燃料与水蒸汽混合后进入一级换热器，进行热交换后输送到重整器，经过重整器进行重整后输送到热平衡装置，然后输送到SOFC电堆的正极，第二路燃料输送到燃烧室；氧气从氧气罐中输出后也分为两路，第一路氧气依次进入一级换热器、二级换热器进行热交换后进入热平衡装置，然后输送到SOFC电堆的负极，第二路氧气输送到燃烧室；SOFC电堆的阳极尾气和阴极尾气分别输送到燃烧室，燃烧室产生的尾气依次进入二级换热器、重整器、热平衡装置、SOFC电堆、一级换热器、尾气吸收装置，将从尾气吸收装置出来的尾气输送至燃烧室；SOFC电堆产生的电能传输至电能管理单元，并由电能管理单元为负载供电。

2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池供电设备，其特征在于：所述电能管理单元包括功率变换器和超级电容，所述SOFC电堆产生的电能通过功率变换器为负载供电，功率变换器与超级电容连接。

3. 根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池供电设备，其特征在于：还包括控制器，所述控制器与所述SOFC电堆电连接，所述功率变换器与控制器电连接。

4. 根据权利要求3所述的固体氧化物燃料电池供电设备，其特征在于：还包括用于产生水蒸汽的蒸汽发生装置，所述蒸汽发生装置包括水泵、第一过滤器和热交换器，水泵抽取的水经第一过滤器过滤后输送到热交换器，热交换器将水汽化生成水蒸汽，并将水蒸汽输送至输送燃料到一级换热器的输送管路中。

5. 根据权利要求4所述的固体氧化物燃料电池供电设备，其特征在于：在输送第一路氧气到一级换热器的输送管路中还设置有第一减压阀、第一流量计。

6. 根据权利要求5所述的固体氧化物燃料电池供电设备，其特征在于：在输送第二路氧气到燃烧室的输送管路中还设置有第二流量计。

7. 根据权利要求6所述的固体氧化物燃料电池供电设备，其特征在于：在输送第一路燃料到一级换热器的输送管路中还设置有第三过滤器、第二减压阀、第三流量计。

8. 根据权利要求7所述的固体氧化物燃料电池供电设备，其特征在于：在输送第二路燃料到燃烧室的输送管路中还设置有第四流量计。

9. 根据权利要求8所述的固体氧化物燃料电池供电设备，其特征在于：还包括氮气罐，氮气罐中的氮气被输送至输送第一路燃料到第三过滤器的输送管路中。

10. 根据权利要求9所述的固体氧化物燃料电池供电设备，其特征在于：所述功率变换器分别与第一减压阀、第二减压阀电连接。