CN219303720U - 一种阴极尾气循环的固体氧化物燃料电池*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种阴极尾气循环的固体氧化物燃料电池***，属于燃料电池技术领域；其技术方案要点是：包括电堆阴极、电堆阳极、气体分流器、引射器和燃烧器，电堆阳极的出气口通过第一管道连通燃烧器，电堆阴极的出气口连通气体分流器，气体分流器的出气口又分别连接燃烧与引射器；本实用新型上设有气体分流器，使得进入燃烧器中阴极尾气的量得到控制，从而使燃烧器中的空气含量与阳极尾气的含量相适应，有利于燃烧器的稳定燃烧，同时避免了催化燃烧器的使用，降低了***的成本；此外，采用增加气体分流器的方式，使燃烧器的过量空气系数降低至3以下，从而减少了流入燃烧器中阴极尾气的量，进而降低了燃烧器的设备尺寸，使***更加紧凑。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种阴极尾气循环的固体氧化物燃料电池***。
背景技术
常规的固体氧化物电池发电***包括重整器、电堆、空气换热器、燃烧器以及鼓风机等；以现有的天然气为燃料的固体氧化物燃烧电池***为例：空气经过鼓风机，克服***阻力后进入空气加热器或者空气换热器预热，然后通入电池的阴极；燃料天然气克服管道阻力进入重整器并在重整器中发生重整反应，重整后的燃料气体(主要是H2、CO和H2O)通入燃料电池阳极；阴阳极内的气体将在电池内发生电化学反应并发出电能；随后，阳极和阴极的尾气(包含未反应完全的气体)将通入燃烧器进行燃烧，燃烧产生的高温气体则用来预热新进入***中的气体。
此外，在固体氧化物燃料电池电堆发电的过程中，电堆要在特定的高温下运行，而电化学反应会产生除维持电堆运行温度外的多余热量，所以需要引入一定量的空气来带走多余热量；因此阴极未参与反应的气体量远远超过阴极参与反应的气体量，这导致在电堆反应完后，所进入燃烧器时阴极气体的量远大于阳极气体的含量，而相对于常规的固体氧化物燃料电池***，燃烧器的过量空气系数通常为10以上，而过大的过量空气系数会导致燃烧器内的火焰难以稳定的燃烧，同时还会增大了燃烧器的设备尺寸；而现有技术中，针对燃烧器内的火焰难以稳定燃烧这一问题主要采用催化燃烧的方式进行稳定燃烧，但是催化燃烧的成本高，寿命短，极大的阻碍***成本的降低。
实用新型内容
本实用新型的目的是一种阴极尾气循环的固体氧化物燃料电池***，以解决背景技术提出的问题。为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：包括分别连接供料***的电堆阴极和电堆阳极，还包括气体分流器、引射器和燃烧器，所述电堆阳极的出气口通过第一管道连通所述燃烧器，所述电堆阴极的出气口连通所述气体分流器，所述气体分流器的出气口分别连通所述燃烧器和所述引射器。
进一步，所述供料***包括连通所述电堆阳极进气口的重整器，所述重整器与所述燃烧器连通。
进一步，所述第一管道上安装有温度计和燃气流量计，所述温度计和所述燃气流量计均与控制器连接。
进一步，所述供料***还包括连通所述引射器进气口的鼓风机，所述引射器的出气口连通所述电堆阴极的进气口。
进一步，所述气体分流器包括三通管道接头和与控制器连接的流量调节阀，所述三通管道接头的进气口与所述电堆阴极的出气口连通，所述三通管道接头的两个出气口分别通过第二管道与所述燃烧器和所述引射器连通，两个所述第二管道上分别安装有所述流量调节阀。
进一步，每根所述第二管道上分别设有空气流量计。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
本实用新型上设有气体分流器，使得进入燃烧器中阴极尾气的量得到控制，从而使燃烧器中的空气含量与阳极尾气的含量相适应，进而有利于燃烧器的稳定燃烧，同时避免了催化燃烧器的使用，降低了***的成本；此外，采用增加气体分流器的方式，使燃烧器的过量空气系数降低至3以下，从而减少了流入燃烧器中阴极尾气的量，进而降低了燃烧器的设备尺寸，使***更加紧凑。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的尾气循环的流程示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
实施例：请参考图1，一种阴极尾气循环的固体氧化物燃料电池***，包括连接供料***的电堆阴极和电堆阳极，其中燃料进入电堆阳极，空气将进入电堆阴极；还包括气体分流器、引射器和燃烧器，电堆阳极的出气口通过第一管道连通燃烧器，电堆阴极的出气口连通气体分流器，气体分流器的出气口分别连通燃烧器和引射器，其中，引射器产生一定的压力将阴极尾气从电堆阴极引入到气体分流器中，并通过气体分流器将阴极尾气进行比例分流，该比例分流的比例系数可通过从电堆阳极的出气口排出的未完全燃料的阳极尾气的流量和温度所决定，气体分流器将阴极尾气分流为阴极尾气1和阴极尾气2，其中，阴极尾气1进入到燃烧器中，阴极尾气2将回流到电堆阴极的进气口，故通过分流后进入燃烧器中的阴极尾气1将与阳极尾气混合，且流入燃烧器中的阴极尾气1的含量与阳极尾气的含量相适应，从而有利于燃烧器的稳定燃烧的同时避免了催化燃烧器的使用，降低了***的成本；此外，采用增加气体分流器的方式，使燃烧器的过量空气系数降低至3以下，从而减少了流入燃烧器中阴极尾气的量，进而降低了燃烧器的设备尺寸，使***更加紧凑；在本实施例中，供料***包括连通电堆阳极进气口的重整器，重整器与燃烧器连通，使得燃烧器中产生的燃烧尾气进入重整器中为燃料的重整过程提供热量，进而实现阳极尾气的循环，其中重整器为换热式重整器，该设计节省了外加能源的使用，降低了***运行的成本；此外，还可将重整器的排气口与余热回收***连通，当燃烧尾气提供完热量后，将进入到余热回收***进行余热回收，从而增加该装置的实用性；在本实施例中，供料***还包括连通引射器进气口的鼓风机，引射器的出气口连通电堆阴极的进气口，鼓风机将一股高速流动的空气鼓入引射器中，而引射器则利用这股高速高能的空气引射低速流动的阴极尾气，从而将阴极尾气2带入到电堆阴极进行循环利用；相比于使用传统的循环风机的方式，采用引射器和气体分流器联用，通过调节气体分流器和设计选择合理的引射器，可以较好的控制阴极尾气1和阴极尾气2的比例，而避免循环风机的使用，也一定程度上可以提升燃料电池***的效率和降低成本，同时，由于阴极尾气2的循环，极大的降低了鼓风机鼓入***中的空气量，使鼓风机的使用功率降低，进而降低了燃料电池***的寄生功率，此外，循环的阴极尾气2将与常温空气混合，从而提升进入电堆的常温空气温度，省去的空气换热器的使用，进而极大的提高了***的紧凑性和降低***的成本。
在本实用新型中，气体分流器包括三通管道接头和与控制器连接的流量调节阀，三通管道接头的进气口与电堆阴极的出气口连通，三通管道接头的两个出气口分别通过第二管道与燃烧器和引射器连通，两个第二管道上分别安装有流量调节阀，该设计可通过控制器来对两个流量调节阀的开口大小进行调节，并与引射器所产生的压力配合，从而实现对阴极气体1和阴极气体2的比例分流；且每根第二管道上分别设有空气流量计，使操作人员实时的了解阴极尾气1和阴极尾气2的流量数据。
此外，在本实用新型中，第一管道上安装有温度计和燃气流量计，温度计和燃气流量计均与控制器连接，由于不同温度下，阳极尾气的组分不一定，故对阴极尾气1含量的需求也有所不同，所以温度计的设计，将阳极尾气的温度实时的反馈给控制器，并与燃气流量计结合，控制器则根据所排放的阳极尾气的温度及含量，来对进入燃烧器中的阴极尾气1的含量进行调整，从而实现燃烧器中的稳定燃烧，此外，当温度计和燃气流量计将数值反馈给控制器时，控制器则根据该数值对两根第二管道上的流量调节阀进行开口大小的控制，从而得到适合于燃烧器稳定燃烧的过量空气系数，进而保证燃烧的稳定，同时，适量阴极尾气1的流入，可以降低燃烧器的设备尺寸，使***更加紧凑。
工作原理
首先，当尾气循环开始时，阳极尾气将进入燃烧器中，此时燃料流量计和温度计将阳极尾气的流量大小和温度反馈给控制器，控制器则控制第二管道上的流量调节阀的开口大小，进而控制流入燃烧器中阴极尾气1的含量，得到适合于燃烧器稳定燃烧的过量空气系数，进而保证了燃烧器内部燃烧的稳定，燃烧完且带有高温的燃烧尾气将进入重整器中为燃料的重整过程提供热量，进而保证了阳极尾气的充分利用，节省了能源；此外，鼓风机启动将空气鼓入引射器的同时，由于鼓风机的风压，使引射器具有一定的压力可以将阴极尾气2带入到电堆阴极进行循环利用，并在此过程中，循环的阴极尾气2将与常温空气混合，从而提升进入电堆的常温空气温度，省去的空气换热器的使用，进而极大的提高了***的紧凑性和降低***的成本；故该***减少了流入燃烧器中阴极尾气的量，实现燃烧器内阳极尾气燃烧稳定的同时降低了燃烧器的设备尺寸，使***的结构更加紧凑，节省了***中的运行成本。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”以及类似的表述只是为了说明的目的。
Claims (6)
1.一种阴极尾气循环的固体氧化物燃料电池***，包括分别连接供料***的电堆阴极和电堆阳极，其特征在于：还包括气体分流器、引射器和燃烧器，所述电堆阳极的出气口通过第一管道连通所述燃烧器，所述电堆阴极的出气口连通所述气体分流器，所述气体分流器的出气口分别连通所述燃烧器和所述引射器。
2.根据权利要求1所述的阴极尾气循环的固体氧化物燃料电池***，其特征在于：所述供料***包括连通所述电堆阳极进气口的重整器，所述重整器与所述燃烧器连通。
3.根据权利要求1所述的阴极尾气循环的固体氧化物燃料电池***，其特征在于：所述第一管道上安装有温度计和燃气流量计，所述温度计和所述燃气流量计均与控制器连接。
4.根据权利要求1所述的阴极尾气循环的固体氧化物燃料电池***，其特征在于：所述供料***还包括连通所述引射器进气口的鼓风机，所述引射器的出气口连通所述电堆阴极的进气口。
5.根据权利要求4所述的阴极尾气循环的固体氧化物燃料电池***，其特征在于：所述气体分流器包括三通管道接头和与控制器连接的流量调节阀，所述三通管道接头的进气口与所述电堆阴极的出气口连通，所述三通管道接头的两个出气口分别通过第二管道与所述燃烧器和所述引射器连通，两个所述第二管道上分别安装有所述流量调节阀。
6.根据权利要求5所述的阴极尾气循环的固体氧化物燃料电池***，其特征在于：每根所述第二管道上分别设有空气流量计。
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Cited By (2)
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| CN117577874A (zh) * | 2023-12-21 | 2024-02-20 | 广东佛燃科技有限公司 | 一种固体氧化物燃料电池热电联产***及其联产方法 |
| CN118299615A (zh) * | 2024-06-06 | 2024-07-05 | 山东国创燃料电池技术创新中心有限公司 | 燃料电池***及燃料电池***运行控制方法 |
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