可移動式固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可移動式固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，包括：電堆單元；電氣單元；燃燒系統(tǒng)；燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)，以及對應(yīng)所述燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)的燃料氣體處理系統(tǒng)；蒸汽發(fā)生系統(tǒng)；空氣供應(yīng)系統(tǒng)，以及空氣處理系統(tǒng)；尾氣循環(huán)利用系統(tǒng)；排空系統(tǒng)；機架組件及面板組件；多重安全保障和自動安全報警系統(tǒng)；連接所述電堆單元的用于連接負(fù)載的接口，以及設(shè)置在所述面板組件上的I/O接口。該發(fā)明提供的可移動式SOFC發(fā)電系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計，各系統(tǒng)高度集成，降低了成本，提高了發(fā)電效率，能夠適用多種類型的燃料氣體，提高了易用性。
【專利說明】可移動式固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種可移動式固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于卓越的電性能和燃料的靈活性，SOFC發(fā)電系統(tǒng)可以實現(xiàn)從數(shù)瓦到數(shù)兆瓦的廣泛應(yīng)用，既可以做大型發(fā)電系統(tǒng)、分布式熱電聯(lián)供系統(tǒng)，也可以做便攜式發(fā)電系統(tǒng)和機載輔助動力裝置，是國內(nèi)外廣泛發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)。
[0003]固體氧化物燃料電池具有燃料適應(yīng)性廣、能量轉(zhuǎn)換效率高、全固態(tài)、模塊化組裝、零污染等優(yōu)點，可以直接使用氫氣、一氧化碳、天然氣、液化氣、煤氣及生物質(zhì)氣等多種碳?xì)淙剂?。在大型集中供電、中型分電和小型家用熱電?lián)供等民用領(lǐng)域作為固定電站，以及作為船舶動力電源、交通車輛動力電源等移動電源，都有廣闊的應(yīng)用前景。
[0004]針對如海島、邊防哨所、深山、草原等供電網(wǎng)絡(luò)不能到達(dá)的地方，或者如遠(yuǎn)洋船舶、火車等移動的場合，如何使固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)具有更適合、更優(yōu)異的使用，成為研發(fā)的重點，因此，一種可移動式的SOFC發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)運而生。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種可移動式固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，以滿足特殊場合的供電需求。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]一種可移動式固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，包括:
[0008]電堆單元，用作發(fā)電系統(tǒng)的核心反應(yīng)單元；
[0009]電氣單元，用作發(fā)電系統(tǒng)的電力單元；
[0010]燃燒系統(tǒng)，用于提供加熱能源及汽化能源；
[0011]燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)，以及對應(yīng)所述燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)的燃料氣體處理系統(tǒng)，利用來自于所述燃燒系統(tǒng)的熱量以用于所述燃燒室及所述電堆單元陽極燃料氣體的供應(yīng)，以及燃料氣體的凈化處理；
[0012]蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，利用來自于所述燃燒系統(tǒng)的熱量以用于所述電堆單元陽極的燃料氣體的加濕；
[0013]空氣供應(yīng)系統(tǒng)，以及空氣處理系統(tǒng)，利用來自于所述燃燒系統(tǒng)的熱量以用于所述燃燒室及所述電堆單元陰極空氣的供應(yīng)，以及用于對進入所述電堆單元陰極的陰極空氣進行預(yù)熱；
[0014]尾氣循環(huán)利用系統(tǒng)，用于所述電堆單元的未完全反應(yīng)尾氣引導(dǎo)至所述燃燒系統(tǒng)以回收利用；
[0015]排空系統(tǒng)，用于將所述燃燒系統(tǒng)的尾氣排空處理；
[0016]機架組件及面板組件，所述電堆單元、電氣單元、燃燒系統(tǒng)、燃料氣體處理系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、空氣處理系統(tǒng)及尾氣循環(huán)利用系統(tǒng)均布局在所述機架組件上并設(shè)置在所述面板組件內(nèi)部；
[0017]多重安全保障和自動安全報警系統(tǒng)，用于連接所述面板組件的操控面板與內(nèi)部所述電堆單元、電氣單元、燃燒系統(tǒng)、燃料氣體處理系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、空氣處理系統(tǒng)及尾氣循環(huán)利用系統(tǒng)，用于多重安全保障及自動安全報警；
[0018]連接所述電堆單元的用于連接負(fù)載的接口，以及設(shè)置在所述面板組件上的I/O接□。
[0019]其中，所述燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)包括氫氣鋼瓶及氮氫混合氣鋼瓶，所述氫氣鋼瓶的氣體分別連通至所述燃燒系統(tǒng)及所述電堆單元的陽極；所述氮氫混合氣鋼瓶的氣體與連通至所述電堆單元的陽極的氫氣混合后，并經(jīng)所述燃料氣體處理系統(tǒng)重整后進入所述所述電堆單元的陽極。
[0020]其中，所述蒸汽發(fā)生系統(tǒng)包括去離子水瓶，以及用于所述去離子水汽化的蒸汽發(fā)生器，且生產(chǎn)的蒸汽引入至氫氣與氮氫混合氣的混合氣體管道進行加濕。
[0021]其中，所述空氣供應(yīng)系統(tǒng)包括燃燒空氣鋼瓶及陰極空氣鋼瓶，所述燃燒空氣鋼瓶的燃燒空氣直接進入燃燒系統(tǒng)，所述陰極空氣鋼瓶的陰極空氣經(jīng)所述空氣處理系統(tǒng)預(yù)熱后進入所述電堆單元的陰極。
[0022]其中，所述燃燒系統(tǒng)的燃燒混合熱氣經(jīng)管道引入所述空氣處理系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生器及空氣處理系統(tǒng)后進入所述排空系統(tǒng)，同時經(jīng)所述燃料氣體處理系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生器及空氣處理系統(tǒng)后進入所述排空系統(tǒng)。
[0023]其中，所述電堆單元陰極的陰極空氣引入燃燒空氣管道混合后進入所述燃燒系統(tǒng)；所述電堆單元陽極的氫氣與氮氫混合氣的混合氣體引入所述燃燒系統(tǒng)的氫氣管道混合后進入所述燃燒系統(tǒng)。
[0024]通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的可移動式固體氧化物燃料電池(SOFC)發(fā)電系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計，各系統(tǒng)高度集成，降低了成本，提高了發(fā)電效率，能夠適用多種類型的燃料氣體，提高了易用性；豐富的I/o接口提高了發(fā)電系統(tǒng)的可擴展性，其總體具有如下優(yōu)占-
^ \\\.
[0025]①高效能、低排放；
[0026]②模塊化設(shè)計，易于安裝和系列化；
[0027]③模塊化設(shè)計及合理的結(jié)構(gòu)布局:電堆單元及換熱系統(tǒng)放到了整個設(shè)備的右側(cè)，鋼瓶等部件設(shè)置在左側(cè)，其橫向布局重心低，具有占地少、無噪音、環(huán)境適應(yīng)性強的優(yōu)點，是理想的分布式發(fā)電設(shè)備；
[0028]④選裝的C02回收系統(tǒng)減少了溫室氣體的排放，降低了對環(huán)境的影響；
[0029]⑤與余熱利用系統(tǒng)完美結(jié)合；
[0030]⑥系統(tǒng)衰減率低、壽命長；
[0031]⑦使用維護成本低；
[0032]⑧燃料的適應(yīng)性廣泛，可廣泛應(yīng)用于易于供應(yīng)各種燃料氣體的場合，如甲烷氣體、氫氣及煤氣等燃料氣體均可使用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。
[0034]圖1為本發(fā)明實施例所公開的可移動式固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0035]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。
[0036]參考圖1，本發(fā)明提供的可移動式固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，包括:
[0037]電堆單元，用作發(fā)電系統(tǒng)的核心反應(yīng)單元；
[0038]電氣單元，用作發(fā)電系統(tǒng)的電力單元；
[0039]燃燒系統(tǒng)，用于提供加熱能源及汽化能源；
[0040]燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)，以及對應(yīng)燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)的燃料氣體處理系統(tǒng)，利用來自于燃燒系統(tǒng)的熱量以用于燃燒室及電堆單元陽極燃料氣體的供應(yīng)，以及燃料氣體的凈化處理；
[0041]蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，利用來自于燃燒系統(tǒng)的熱量以用于電堆單元陽極的燃料氣體的加濕；
[0042]空氣供應(yīng)系統(tǒng)，以及空氣處理系統(tǒng)(換熱器)，利用來自于燃燒系統(tǒng)的熱量以用于燃燒室及電堆單元陰極空氣的供應(yīng)，以及用于對進入電堆單元陰極的陰極空氣進行預(yù)熱；
[0043]尾氣循環(huán)利用系統(tǒng)，用于電堆單元的未完全反應(yīng)尾氣引導(dǎo)至燃燒系統(tǒng)以回收利用；
[0044]排空系統(tǒng)，用于將燃燒系統(tǒng)的尾氣排空處理；
[0045]機架組件及面板組件，電堆單元、電氣單元、燃燒系統(tǒng)、燃料氣體處理系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、空氣處理系統(tǒng)及尾氣循環(huán)利用系統(tǒng)均布局在機架組件上并設(shè)置在面板組件內(nèi)部；
[0046]多重安全保障和自動安全報警系統(tǒng)，用于連接面板組件的操控面板與內(nèi)部電堆單元、電氣單元、燃燒系統(tǒng)、燃料氣體處理系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、空氣處理系統(tǒng)及尾氣循環(huán)利用系統(tǒng)，用于多重安全保障及自動安全報警；
[0047]連接電堆單元的用于連接負(fù)載的接口，以及設(shè)置在面板組件上的I/O接口。
[0048]其中，燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)包括氫氣鋼瓶及氮氫混合氣鋼瓶，氫氣鋼瓶的氣體分別連通至燃燒系統(tǒng)及電堆單元的陽極；氮氫混合氣鋼瓶的氣體與連通至電堆單元的陽極的氫氣混合后，并經(jīng)燃料氣體處理系統(tǒng)(重整器)重整后進入電堆單元的陽極。
[0049]其中，蒸汽發(fā)生系統(tǒng)包括去離子水瓶，以及用于去離子水汽化的蒸汽發(fā)生器，且生產(chǎn)的蒸汽引入至氫氣與氮氫混合氣的混合氣體管道進行加濕。
[0050]其中，空氣供應(yīng)系統(tǒng)包括燃燒空氣鋼瓶及陰極空氣鋼瓶，燃燒空氣鋼瓶的燃燒空氣直接進入燃燒系統(tǒng)，陰極空氣鋼瓶的陰極空氣經(jīng)空氣處理系統(tǒng)預(yù)熱后進入電堆單元的陰極。
[0051]其中，燃燒系統(tǒng)的燃燒混合熱氣經(jīng)管道引入空氣處理系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生器及空氣處理系統(tǒng)后進入排空系統(tǒng)，同時經(jīng)燃料氣體處理系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生器及空氣處理系統(tǒng)后進入排空系統(tǒng)。
[0052]其中，電堆單元陰極的陰極空氣引入燃燒空氣管道混合后進入燃燒系統(tǒng)；電堆單元陽極的氫氣與氮氫混合氣的混合氣體引入燃燒系統(tǒng)的氫氣管道混合后進入燃燒系統(tǒng)。
[0053]本發(fā)明的基本工作原理:
[0054]系統(tǒng)需要在一定溫度下才能啟動運行，為此需對系統(tǒng)中的電堆單元進行預(yù)熱，預(yù)熱的方式為燃?xì)忸A(yù)熱，氫氣與燃燒空氣在燃燒室中燃燒產(chǎn)生熱量，通過換熱器利用該熱量對電堆單元中的陰極空氣進行預(yù)熱，以此來帶動電堆單元升溫，逐步達(dá)到系統(tǒng)工作溫度；
[0055]系統(tǒng)開始正常工作后，系統(tǒng)會產(chǎn)生熱量，通過換熱器，利用此熱量可以加熱進入電堆中的陰極空氣及陽極氫氣與氮氫混合氣的混合氣，以此工作下去。
[0056]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對上述實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種可移動式固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括: 電堆單元，用作發(fā)電系統(tǒng)的核心反應(yīng)單元； 電氣單元，用作發(fā)電系統(tǒng)的電力單元； 燃燒系統(tǒng)，用于提供加熱能源及汽化能源； 燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)，以及對應(yīng)所述燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)的燃料氣體處理系統(tǒng)，利用來自于所述燃燒系統(tǒng)的熱量以用于所述燃燒室及所述電堆單元陽極燃料氣體的供應(yīng)，以及燃料氣體的凈化處理； 蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，利用來自于所述燃燒系統(tǒng)的熱量以用于所述電堆單元陽極的燃料氣體的加濕； 空氣供應(yīng)系統(tǒng)，以及空氣處理系統(tǒng)，利用來自于所述燃燒系統(tǒng)的熱量以用于所述燃燒室及所述電堆單元陰極空氣的供應(yīng)，以及用于對進入所述電堆單元陰極的陰極空氣進行預(yù)執(zhí).尾氣循環(huán)利用系統(tǒng)，用于所述電堆單元的未完全反應(yīng)尾氣引導(dǎo)至所述燃燒系統(tǒng)以回收利用； 排空系統(tǒng)，用于將所述燃燒系統(tǒng)的尾氣排空處理； 機架組件及面板組件，所述電堆單元、電氣單元、燃燒系統(tǒng)、燃料氣體處理系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、空氣處理系統(tǒng)及尾氣循環(huán)利用系統(tǒng)均布局在所述機架組件上并設(shè)置在所述面板組件內(nèi)部； 多重安全保障和自動安全報警系統(tǒng)，用于連接所述面板組件的操控面板與內(nèi)部所述電堆單元、電氣單元、燃燒系統(tǒng)、燃料氣體處理系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、空氣處理系統(tǒng)及尾氣循環(huán)利用系統(tǒng)，用于多重安全保障及自動安全報警； 連接所述電堆單元的用于連接負(fù)載的接口，以及設(shè)置在所述面板組件上的I/o接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可移動式固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)包括氫氣鋼瓶及氮氫混合氣鋼瓶，所述氫氣鋼瓶的氣體分別連通至所述燃燒系統(tǒng)及所述電堆單元的陽極；所述氮氫混合氣鋼瓶的氣體與連通至所述電堆單元的陽極的氫氣混合后，并經(jīng)所述燃料氣體處理系統(tǒng)重整后進入所述所述電堆單元的陽極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可移動式固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述蒸汽發(fā)生系統(tǒng)包括去離子水瓶，以及用于所述去離子水汽化的蒸汽發(fā)生器，且生產(chǎn)的蒸汽引入至氫氣與氮氫混合氣的混合氣體管道進行加濕。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可移動式固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣供應(yīng)系統(tǒng)包括燃燒空氣鋼瓶及陰極空氣鋼瓶，所述燃燒空氣鋼瓶的燃燒空氣直接進入燃燒系統(tǒng)，所述陰極空氣鋼瓶的陰極空氣經(jīng)所述空氣處理系統(tǒng)預(yù)熱后進入所述電堆單元的陰極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的可移動式固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述燃燒系統(tǒng)的燃燒混合熱氣經(jīng)管道引入所述空氣處理系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生器及空氣處理系統(tǒng)后進入所述排空系統(tǒng)，同時經(jīng)所述燃料氣體處理系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生器及空氣處理系統(tǒng)后進入所述排空系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可移動式固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述電堆單元陰極的陰極空氣引入燃燒空氣管道混合后進入所述燃燒系統(tǒng)；所述電堆單元陽極 的氫氣與氮氫混合氣的混合氣體引入所述燃燒系統(tǒng)的氫氣管道混合后進入所述燃燒系統(tǒng)。
【文檔編號】H01M8/24GK104393317SQ201410486845
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】秦江陽, 韓敏芳, 張秀成, 孫再洪, 程凌志, 錢錦, 尹國木 申請人:蘇州華清京昆新能源科技有限公司