CN202855854U - 一种固体氧化物燃料电池*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种固体氧化物燃料电池***，其包括：阳极气体供给站、阴极气体供给站、核心电池堆、重整反应器、气体加热器、水蒸气汽化器、水泵，本实用新型将第一气体在核心电池堆外预处理为高温氢气，将第二气体在核心电池堆前预加热为高温气体，两者在核心电池堆内部进行化学反应发电产生大量电能。由于加热过程在核心电池堆外部，其加热过程和核心电池堆内的反应过程都会比较均衡，能源利用率更高。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体的涉及一种固体氧化物燃料电池***。
背景技术
固体氧化物燃料电池是一种新型发电器，是一种将反应物的化学能直接转化为电能的化学器，在固体氧化物燃料电池的阳极一侧持续的通入燃料气，如氢气、甲烷，天然气等气体，具有催化作用的阳极表面吸附这些气体，并通过阳极的多口结构扩散到阳极与固体电解质的界面。在阴极一侧持续通入空气或氧气，具有多孔结构的阴极表面吸附氧，由于阴极本身的催化作用，使得氧气得到电子变为氧离子，在化学势的作用下，氧离子进入起电解质作用的固体氧离子导体，由于浓度梯度引起扩散，最终也到达阳极与固体电解质的界面，与燃料气在高温下发生反应，失去的电子通过外电路回到阴极。
固体氧化物燃料电池通常工作温度较高，一般需要700℃以上，现有的固体氧化物燃料电池，是先将燃料气通入核心电池堆的阳极，将空气或氧气通入核心电池堆的阴极，再利用马弗炉等高温电炉进行加热以发生化学反应。
这种气体进入核心电池堆再利用炉体加热到一定温度以发生化学反应的方式，炉体中心位置对应的气体温度会比较高，刚进入核心电池堆的气体温度会比较低，很难保证气体加热平衡均匀，热量利用率低，化学反应不均衡。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提出了一种新型固体氧化物燃料电池***，其包括：阳极气体供给站、阴极气体供给站、核心电池堆、重整反应器、气体加热器、水蒸气汽化器、水泵。
所述水泵将水泵入水蒸气汽化器，汽化为水蒸气后进入重整反应器。
所述阳极气体供给站将大量的第一气体输送至重整反应器。所述第一气体是能够与水蒸气发生重整反应生成氢气的气体，如氢气、甲烷，天然气等。
所述第一气体和水蒸气在重整反应器内发生重整反应，生成700℃以上的高温氢气，重整反应器再将高温氢气输送到核心电池堆的阳极。所述重整反应器为利用特殊的催化剂，如镍基催化剂，使第一气体和水蒸气在高温下发生重整反应生成氢气的装置，其具有各种类型，较常用的有固体床反应器和流化床反应器，本实用新型对此不做限定。
所述阴极气体供给站将大量的第二气体输送至气体加热器，加热至700℃以上再进入核心电池堆的阴极。所述第二气体是在高温下，能和氢气发生化学反应产生电能的气体，包括空气或氧气。
当然，所述阳极气体供给站和阴极气体供给站可以合并为一个气体供给站，本技术领域工作人员都可以设计出多种气体供给方式，本实用新型不做限定。
所述核心电池堆，采用固体氧化物燃料电池堆，阳极输入的高温氢气与阴极输入的高温第二气体，在核心电池堆内部进行化学反应，产生大量电能和大量尾气，核心电池堆设有阳极尾气排放口和阴极尾气排放口，分别用于排出阳极产生的尾气（包括水蒸气和可燃气体）和阴极排出的尾气（为热空气）。
优选的，所述核心电池堆采用平板式固体氧化物燃料电池堆。平板式固体氧化物燃料电池堆的功率密度高，并且制作成本低。
本实用新型，将第一气体预处理为高温氢气，将第二气体预加热为高温气体，再送入核心电池堆发生反应，由于进入核心电池堆的是均匀高温的气体，核心电池堆内部的化学反应也会较为均衡，相较于核心电池堆在高温炉体内直接加热的方式，本实用新型的加热过程和反应过程都比较均衡，能源利用率更高。并且这种加热方式使核心电池堆的设计不受高温炉体的限制，如果需要扩大功率，只需要增加核心电池堆内电池片的数量，或者将多个核心电池堆串并联在一起使用即可以实现。
进一步的，本实用新型固体氧化物燃料电池***还包括换热器，所述换热器位于阴极气体供给站和气体加热器之间，所述换热器利用核心电池堆阴极产生的热空气尾气（可达700℃~800℃）与阴极气体供给站输送的温度较低的第二气体进行热量交换，将第二气体的温度提高到一定温度后再送入气体加热器进行加热，充分利用了核心电池堆阴极产生的热空气尾气的热量，节约了能源。
进一步的，由于阳极尾气中包含水蒸气和可燃气体，为了进一步利用阳极尾气，本实用新型还包括尾气分离管道，所述阳极尾气在管道中降温凝后，水蒸气变为热水从热水排放口排出，可燃气体从可燃气体排放口排出。
进一步的，增加有过滤器，热水排放口排出的热水进入过滤器过滤掉其中的杂质，再进入水蒸气汽化器以重复利用。由于热水中可能含有一些杂质，如管道中的铁等金属物质，将这些杂质过滤掉得到有利于得到更纯净的水蒸气，能提高重整反应的效率和使用寿命，还可以提高水蒸气汽化器的使用寿命。
当然，阳极尾气中的水蒸气除了供给于重整反应器，还会有大量热水剩余，可以做多种利用，本实用新型不再一一表述。
可选择的，所述过滤器的种类有很多，例如离子交换树脂过滤器、活性炭过滤器、蒸馏过滤器、膜过滤器等、本实用新型对此不做限定。
进一步的，本实用新型固体氧化物燃料电池***还包括燃烧器，可燃气体排放口将可燃气体输送至燃烧器进行燃烧产生大量热源，该热源可以用做重整反应器的能源或者气体加热器的能源。当然也可以做其他利用，在此不再赘述。
综上所述，本实用新型固体氧化物燃料电池***，将第一气体预处理为高温氢气，将第二气体预加热为高温气体，再送入核心电池堆发生反应，由于进入核心电池堆的是均匀高温的气体，核心电池堆内部的化学反应也会较为均衡，相较于核心电池堆在高温炉体内直接加热的方式，加热过程均衡，能源利用率更高。产生的尾气和废热能都能够充分回收利用，大大提高了能源的利用率，最后的产物为水、空气及少量无害气体，如氮气等，非常环保、对环境的影响很小。
附图说明
图1为本实用新型固体氧化物燃料电池***实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。
如图1所示为本实用新型固体氧化物燃料电池***的一个实施例，其包括：阳极气体供给站5、阴极气体供给站1、核心电池堆4、重整反应器6、气体加热器3、水蒸气汽化器7、水泵8、换热器2、过滤器10、燃烧器11、尾气分离管道9。
水泵8将水泵入水蒸气汽化器7，汽化为水蒸气后进入重整反应器6。
阳极气体供给站5将大量的第一气体输送至重整反应器6。
第一气体和水蒸气在重整反应器6内发生重整反应，生成700℃以上的高温氢气，重整反应器6再将高温氢气输送到核心电池堆4的阳极。
阴极气体供给站1将大量的第二气体输送至换热器2，换热器2利用核心电池堆4阴极产生的热空气尾气（可达700℃~800℃）与第二气体进行热量交换，将第二气体的温度提高到500℃～600℃后送入气体加热器3加热至700℃以上，再输送至入核心电池堆4的阴极。
本实施例的所述核心电池堆4，采用平板式固体氧化物燃料电池堆，阳极输入的高温氢气与阴极输入的高温第二气体，在核心电池堆4内部进行化学反应，产生大量电能和大量尾气。核心电池堆4设有阳极尾气排放口和阴极尾气排放口，分别用于排出阳极产生的尾气（包括水蒸气和可燃气体）和阴极排出的尾气（为热空气）。
尾气分离管道9与核心电池堆4的阳极尾气排放口连接，阳极尾气在管道中降温凝后，水蒸气变为热水从热水排放口排出，可燃气体从可燃气体排放口排出。
热水排放口排出的热水进入过滤器10过滤掉其中的杂质，过滤后的较为纯净的热水进入水蒸气汽化器7以重复利用。同时还剩余有大量热水可以做别的用途。
可燃气体排放口与燃烧器11连接，将可燃气体输送至燃烧器11进行燃烧产生大量热源，为重整反应器6提供能源。
本实施例中，第一气体为甲烷，第二气体为空气。阳极气体供给站5以2L/min的流量向重整反应器6通入甲烷，阴极气体供给站1以150L/min的流量将空气通入气体加热器3，气体加热器3将150L/min的空气以10℃/min逐步升温到850℃，核心电池堆4产生1KW的电，同时排出800℃的尾气以及水蒸气，核心电池堆4正常运行稳定在800℃~850℃，功率为1KW~1.1KW。
本实用新型固体氧化物燃料电池***，将第一气体预处理为高温氢气，将第二气体预加热为高温气体，再送入核心电池堆发生反应，由于进入核心电池堆的是均匀高温的气体，核心电池堆内部的化学反应也会较为均衡，相较于核心电池堆在高温炉体内直接加热的方式，本实用新型的加热过程和反应过程都比较均衡，能源利用率更高。
本实用新型固体氧化物燃料电池***的核心电池堆的设计不受高温炉体的限制，如果需要扩大功率，只需要增加核心电池堆内电池片的数量，或者将多个核心电池堆串并联在一起使用即可以实现。
本实用新型固体氧化物燃料电池***产生的尾气和废热能都能够充分回收利用，大大提高了能源的利用率，同时产物为水、空气及少量无害气体，如氮气等，非常环保、对环境的影响很小。
Claims (8)
1.一种固体氧化物燃料电池***，其特征在于包括：
阳极气体供给站、阴极气体供给站、核心电池堆、重整反应器、气体
加热器、水蒸气汽化器、水泵；
所述水泵输送水至水蒸气汽化器，汽化为水蒸气后进入重整反应器；
所述阳极气体供给站输送第一气体至重整反应器，第一气体和水蒸气发生重整反应生成高温氢气，再进入核心电池堆的阳极；
所述阴极气体供给站输送第二气体至气体加热器加热，再进入核心电池堆的阴极；
所述核心电池堆，采用固体氧化物燃料电池堆，设有阳极尾气排放口和阴极尾气排放口。
2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池***，其特征在于：
所述核心电池堆采用平板式固体氧化物燃料电池堆。
3.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池***，其特征在于：
所述重整反应器为固体床反应器或流化床反应器。
4.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池***，其特征在于：
还包括换热器，所述阴极气体供给站输送的第二气体和所述阴极尾气排放口排放的尾气进入换热器进行换热，再将换热后的第二气体输送至气体加热器。
5.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池***，其特征在于：
还包括尾气分离管道，所述尾气分离管道与所述阳极尾气排放口连接，其设有可燃气体排放口和热水排放口。
6.根据权利要求5所述的固体氧化物燃料电池***，其特征在于：
还包括过滤器，所述热水排放口将热水输送至过滤器过滤后，再进入水蒸气汽化器。
7.根据权利要求6所述的固体氧化物燃料电池***，其特征在于：
所述过滤器为离子交换树脂过滤器、活性炭过滤器、蒸馏过滤器、膜过滤器。
8.根据权利要求5所述的固体氧化物燃料电池***，其特征在于：
还包括燃烧器，所述可燃气体排放口排出的气体进入燃烧器进行燃烧。
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