CN210866381U - 固态氧化物燃料电池系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为一种固态氧化物燃料电池系统，包含有电堆模块、燃料进气组件、空气进气组件及尾燃器，借由电堆模块可处理合成气的特性，而省略了外部重组器的使用，同时燃料气体及空气的升温均利用电堆模块反应后的剩余气体的废热，而能有效减少能源损耗。
Description
技术领域
本实用新型运用在燃料电池领域，尤其运用在固态氧化物燃料电池(Solid OxideFuel Cell，SOFC)系统领域。
背景技术
固态氧化物燃料电池系统，透过燃料于电堆模块中进行电化学反应后来产生电力，现有技术的固态氧化物燃料电池系统是直接将氢气作为燃料通入电堆模块后进行发电，或者将天然气或高浓度甲烷等燃料通入外部重组器进行重组反应而产生氢气，再将所产生的氢气通入电堆模块进行发电。然而，具有外部重组器将不免使得系统架构复杂，而若直接将天然气或甲烷通入电堆模块中，将增加积碳而导致电堆模块快速老化，进而缩短系统的运转寿命，提高整体发电成本。
再者，对于工业工艺中常见许多大量的副产气，其为合成气且多具有可供固态氧化物燃料电池系统组成物存在，若能加以利用，则更能透过资源再利用来达到发电效果。
实用新型内容
本实用新型是针对设置外部重组器及回收利用工业副产气的各项技术点进行改良。
为达到前述实用新型目的，本实用新型提供一种固态氧化物燃料电池系统，其包含：
一电堆模块，其具有一阳极进气端、一阳极排气端、一阴极进气端及一阴极排气端；
一燃料进气组件，其与该电堆模块的阳极进气端连接，并用以提供预热后的合成气作为燃料气体送入电堆模块中，该燃料进气组件包含有一供水单元，其用以提供水进入该电堆模块；
一空气进气组件，其与该电堆模块的阴极进气端连接，并用以提供预热后的空气送入该电堆模块中；
一尾燃器，其与该电堆模块的阳极排气端及阴极排气端连接，用以接收该电堆模块的阳极及阴极反应后的剩余气体，该尾燃器将剩余气体进行燃烧反应而产生热能。
本实用新型的优点在于，借由电堆模块能直接运用未重组的合成气的特性，来避免设置外部重组器而达到简化结构的目的，且借由系统中热能的循环利用，来减少所需升温的工艺的能源损耗。
附图说明
图1为本实用新型第一实施例的系统架构图；
图2为本实用新型第二实施例的系统架构图；
图3为本实用新型第三实施例的系统架构图；
图4为本实用新型第四实施例的系统架构图；
图5为本实用新型第五实施例的系统架构图。
其中，附图标记：
10电堆模块 11阳极进气端
12阳极排气端 13阴极进气端
14阴极排气端 20燃料进气组件
21燃料鼓风机 22供水单元
221泵浦 222储水桶
23燃料热交换器 30空气进气组件
31空气鼓风机 32空气热交换器
40尾燃器 41冷凝器
50热箱 60蒸发器
具体实施方式
以下配合图式及本实用新型的实施例，进一步阐述本实用新型为达成预定新型目的所采取的技术手段，其中图式仅为了说明目的而已被简化，并通过描述本实用新型的元件和组件之间的关系来说明本实用新型的结构或方法新型，因此，图中所示的元件不以实际数量、实际形状、实际尺寸以及实际比例呈现，尺寸或尺寸比例已被放大或简化，由此提供更好的说明，已选择性地设计和配置实际数量、实际形状或实际尺寸比例，而详细的元件布局可能更复杂。
请参阅图1所示，本实用新型第一实施例包含有一电堆模块10、一燃料进气组件20、一空气进气组件30、及一尾燃器40。
前述的电堆模块10具有一阳极进气端11、一阳极排气端12、一阴极进气端13及一阴极排气端14，当燃料气体由阳极进气端11进入电堆模块10、空气由阴极进气端13进入电堆模块10后，于电堆模块10中产生电化学反应而发电，随后阳极尾气由阳极排气端12排出，阴极尾气则由阴极排气端14排出。
前述的燃料进气组件20与该电堆模块10的阳极进气端11连接，并用以提供预热后的合成气作为燃料气体送入电堆模块10中。在一实施例中，该燃料进气组件20包含有一燃料鼓风机21、一供水单元22及一燃料热交换器23，燃料气体由燃料鼓风机21打入该燃料热交换器23中，同时供水单元22亦通过泵浦221将储水桶222中的水打入该燃料热交换器23中，则燃料气体在燃料热交换器23中进行预热且与适量的水进行混合后，再送入电堆模块10的阳极进气端11中，以加强电堆模块10内的水气移转反应，避免积碳的产生。一般而言，燃料热交换器23是将燃料气体加热至750℃。
前述的空气进气组件30与该电堆模块10的阴极进气端13连接，并用以提供预热后的空气送入电堆模块10中。在一实施例中，该空气进气组件30包含有一空气鼓风机31及一空气热交换器32，空气由空气鼓风机31打入该空气热交换器中32，则空气在空气热交换器32中进行预热后，再送入电堆模块10的阴极进气端13中。一般而言，空气热交换器32是将空气加热至650℃。
前述的尾燃器40与该电堆模块10的阳极排气端12及阴极排气端14连接，用以接收该电堆模块10的阳极及阴极反应后的剩余气体，通过尾燃器40将剩余气体进行燃烧反应而产生热能，以供应系统中所需的热能。一般而言，由该电堆模块10的阳极排气端12及阴极排气端14所排出的剩余气体的温度约在850℃，而由尾燃器40燃烧后排出的剩余气体的温度约在950℃。
请参阅图1所示，在本实用新型第一实施例中，该电堆模块10的阳极排气端12所排放的剩余气体先通过该燃料热交换器23后，再进入尾燃器40加以燃烧，而该电堆模块10的阴极排气端14所排放的剩余气体是直接通入该尾燃器40加以燃烧，该尾燃器40燃烧后排出的剩余气体，通过该空气热交换器32后再加以排出。则燃料热交换器23运用该阳极排气端12所排放的剩余气体的温度来对燃料气体加以升温，而空气热交换器32运用尾燃器40燃烧后所排出的剩余气体的温度来对空气加以升温，以节省燃料热交换器23及空气热交换器32本身所需升温的能源损耗。在一实施例中，该燃料热交换器23、该空气热交换器32及该尾燃器40可设置于一热箱50中，以减少热能损失。
请参阅图2所示，在本实用新型第二实施例中，该电堆模块10的阳极排气端12所排放的剩余气体、及该电堆模块10的阴极排气端14所排放的剩余气体直接通入该尾燃器40加以燃烧，该尾燃器40燃烧后排出的剩余气体，通过该燃料热交换器23及该空气热交换器32后再加以排出。则燃料热交换器23及空气热交换器32均运用尾燃器40燃烧后所排出的剩余气体的温度来分别对燃料和空气加以升温，以节省燃料热交换器23及空气热交换器32本身所需升温的能源损耗。
请参阅图3所示，在本实用新型第三实施例中，其进气与排气的路径与前述第一实施例相同，惟其在该空气热交换器32排气的路径上设置一冷凝器41，该冷凝器41一方面回收所排出的剩余气体的热能而可将水加热获得热水，另一方面可将剩余气体中的水气转换为冷凝水，再将冷凝水送入该燃料进气组件20的储水桶222中，如此则可使得系统中的用水循环利用，以节省水资源的耗费。该冷凝器41的冷端可为水冷式以收集热水使用，亦可为气冷式而使用一般散热风扇来作为散热。
请参阅图4所示，在本实用新型第四实施例中，其进气与排气的路径与前述第一实施例相同，惟其在该燃料热交换器23的进气端设置一蒸发器60，蒸发器60另亦与该空气热交换器32的排气端连接，则利用剩余气体的热能来先对燃料气体及水略为加热，再让略为加热后的水及燃料气体通入该燃料热交换器23中，以节省燃料热交换器2本身所需升温的能源损耗。
请参阅图5所示，在本实用新型第五实施例中，其进气与排气的路径与前述第二实施例相同，惟其在该燃料热交换器23的进气端设置一蒸发器60，蒸发器60另亦与该空气热交换器32的排气端连接，则利用剩余气体的热能来先对燃料气体及水略为加热，再让略为加热后的水及燃料气体通入该燃料热交换器23中，以节省燃料热交换器2本身所需升温的能源损耗。
使用时，是将合成气(可为其余工业工艺中所产生的废气)通入燃料进气组件20中，并配合空气通入空气进气组件30中，则预热后的燃料气体及空气进入电堆模块10中，由于本实用新型的电堆模块10可无须外部重组器而直接使用合成气进行反应，因此，通过本实用新型的创作，能够简化整体系统架构而不使用外部重组器，且能在系统中不断利用剩余气体所能提供的热能，有效的配置热交换器来提升热利用效率，并通过尾燃器来燃烧未反应的剩余气体，进而减少系统中所需升温时的能源损耗。
当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种固态氧化物燃料电池系统，其特征在于，包含：
一电堆模块，其具有一阳极进气端、一阳极排气端、一阴极进气端及一阴极排气端；
一燃料进气组件，其与该电堆模块的阳极进气端连接，并用以提供预热后的合成气作为燃料气体送入电堆模块中，该燃料进气组件包含有一供水单元，其用以提供水进入该电堆模块；
一空气进气组件，其与该电堆模块的阴极进气端连接，并用以提供预热后的空气送入该电堆模块中；
一尾燃器，其与该电堆模块的阳极排气端及阴极排气端连接，用以接收该电堆模块的阳极及阴极反应后的剩余气体，该尾燃器将剩余气体进行燃烧反应而产生热能。
2.如权利要求1所述的固态氧化物燃料电池系统，其中该燃料进气组件包含有一燃料热交换器，其连接于该供水单元与该电堆模块的阳极进气端之间，燃料气体与水在该燃料热交换器加以混合并预热。
3.如权利要求2所述的固态氧化物燃料电池系统，其中该燃料热交换器连接于该尾燃器与该电堆模块的阳极排气端之间。
4.如权利要求2所述的固态氧化物燃料电池系统，其中该燃料热交换器设于该尾燃器的排气端。
5.如权利要求1所述的固态氧化物燃料电池系统，其中该空气进气组件包含有一空气热交换器，其连接于该尾燃器的排气端。
6.如权利要求2至4中任一项所述的固态氧化物燃料电池系统，其中该空气进气组件包含有一空气热交换器，其连接于该尾燃器的排气端。
7.如权利要求6所述的固态氧化物燃料电池系统，其进一步包含有一蒸发器，其连接于该燃料热交换器的进气端设置一蒸发器，该蒸发器另亦与该空气热交换器的排气端连接。
8.如权利要求5所述的固态氧化物燃料电池系统，其进一步包含一冷凝器，其与该空气热交换器的排气端连接，应与该供水单元箱连接。
9.如权利要求6所述的固态氧化物燃料电池系统，其进一步包含一冷凝器，其与该空气热交换器的排气端连接，应与该供水单元箱连接。
10.如权利要求6所述的固态氧化物燃料电池系统，其中该尾燃器、该燃料热交换器、及该空气热交换器设置于一热箱中。
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