一種緊湊型固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)，尤其涉及一種緊湊型固體氧化物燃料電池系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]固體氧化物燃料電池是一種高效率的能量轉(zhuǎn)化裝置，具有燃料適應(yīng)性廣，不使用貴金屬催化劑，全固態(tài)結(jié)構(gòu)，壽命長(zhǎng)、無污染等優(yōu)點(diǎn)。目前SOFC系統(tǒng)產(chǎn)品在國(guó)外已經(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用，主要用于分布式發(fā)電和家庭用熱電聯(lián)供等領(lǐng)域。在中國(guó)由于開發(fā)起步晚，技術(shù)相對(duì)落后，還沒有成熟的系統(tǒng)產(chǎn)品。SOFC的最大優(yōu)點(diǎn)在于其發(fā)電效率高、對(duì)燃料不挑剔，可以使用天然氣等傳統(tǒng)燃料。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，風(fēng)機(jī)等輔助部件會(huì)消耗一部分電力，稱為寄生負(fù)載，為了降低輔助部件的電能消耗，需要優(yōu)化電堆的氣阻。另一方面，天然氣等含碳燃料在進(jìn)入電堆之前需要進(jìn)行重整，使其轉(zhuǎn)化為H2、CO等活性分子。在重整過程以及燃料和空氣的預(yù)熱過程中都涉及到換熱。因此、系統(tǒng)越緊湊換熱路徑越短，熱效率越高；同時(shí)系統(tǒng)整體表面積越小，熱散失越少。二者的結(jié)合產(chǎn)生更高的熱回收效率。系統(tǒng)的緊湊設(shè)計(jì)的另一個(gè)顯著效果是節(jié)約材料，由于系統(tǒng)部件在高溫下運(yùn)行，考慮到其必要的耐熱性能，一般采用價(jià)格較高的耐熱不銹鋼。材料的節(jié)約意味著成本的節(jié)約，對(duì)降低SOFC系統(tǒng)成本十分有利。
[0003]查找中國(guó)發(fā)明專利發(fā)現(xiàn)涉及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專利屈指可數(shù)，且多為國(guó)外公司所申請(qǐng)。其中英國(guó)勞斯萊斯公司申請(qǐng)的CN100342578C和日本京瓷公司申請(qǐng)的CN100547842C均只是描述了系統(tǒng)的流程圖，并未涉及系統(tǒng)部件的具體構(gòu)型和空間布局。美國(guó)納米動(dòng)力公司申請(qǐng)的CN101053105A、CN101821884A描述了一種具有改善的氣體導(dǎo)向和熱交換的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，主要涉及氣流的改善，并未具體論述電堆，顯得非?；\統(tǒng)。三洋電機(jī)株式會(huì)社申請(qǐng)的CNl574438A針對(duì)管式電池提出了一種組堆方案，未涉及燃料的重整、脫硫等內(nèi)容；
因此提供一種新的技術(shù)方案，不僅提供流程，而且考慮了電堆構(gòu)型和各部件空間布局，發(fā)明了一種緊湊型固體氧化物燃料電池系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種緊湊型固體氧化物燃料電池系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種緊湊型固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，由上至下依次包括燃料預(yù)熱器、空氣預(yù)熱器、電堆和重整器，在電堆的上方位于空氣預(yù)熱器的下方設(shè)有燃燒器，在燃料預(yù)熱器、空氣預(yù)熱器、電堆和重整器的外部包裹有保溫材料，所述電堆一側(cè)設(shè)有空氣分配管，所述空氣分配管末端靠近電堆出口處，且穿過空氣預(yù)熱器，所述燃料預(yù)熱器內(nèi)部安裝有脫硫器，所述燃料預(yù)熱器與天然氣進(jìn)氣管相連，燃燒的廢熱通過煙囪進(jìn)行排放，所述煙囪根部安裝有蒸汽發(fā)生器。
[0006]優(yōu)選地，所述燃料預(yù)熱器為盤管式結(jié)構(gòu)。
[0007]優(yōu)選地，所述電堆為一體化結(jié)構(gòu)，其包括多個(gè)電池重復(fù)單元、負(fù)極端板、正極端板、隔熱板和燃料分配板，所述負(fù)極端板與正極端板安裝在底座上，之間設(shè)有多個(gè)電池重復(fù)單元，在多個(gè)電池重復(fù)單元底端設(shè)有燃料分配板，所述燃料分配板與底座之間形成氣體通道，多個(gè)電池重復(fù)單元上方設(shè)有隔熱板。
[0008]優(yōu)選地，所述底座與燃料分配板、負(fù)極端板和正極端板的接觸處通過密封體進(jìn)行絕緣。
[0009]優(yōu)選地，所述空氣預(yù)熱器采用板翹結(jié)構(gòu)。
[0010]優(yōu)選地，所述空氣分配管頂端通過鼓風(fēng)機(jī)或氣泵相連。
[0011]優(yōu)選地，所述燃燒器中采用莫來石、氧化鋁和堇青石組成的多孔陶瓷作為載體，擔(dān)載MgO-AL2O3系列的燃燒催化劑，所述重整器中采用鎳基和鈷基系列的重整催化劑。
[0012]優(yōu)選地，所述脫硫器中采用過渡金屬氧化物的中溫脫硫劑。
[0013]優(yōu)選地，所述蒸汽發(fā)生器安裝于保溫材料外部。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
結(jié)構(gòu)緊湊，散熱少，熱效率高；
采用積木式結(jié)構(gòu)，組裝容易；
電堆與其它系統(tǒng)部件之間的距離非常短，既節(jié)約能量又節(jié)約管道材料；
絕大多數(shù)部件采用金屬件，加工容易，成本可控，能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和批量化；同時(shí)金屬導(dǎo)熱性好，可縮小其它系統(tǒng)部件體積；
采用鼓風(fēng)機(jī)或者氣泵進(jìn)氣，成本低，能耗小；
蒸汽發(fā)生器兼具尾氣冷卻器的功能，廢熱能量得到有效利用，同時(shí)廢氣符合排放的溫度標(biāo)準(zhǔn)，降低高溫灼傷風(fēng)險(xiǎn)；
體積小，占地少，適合于家庭用熱電聯(lián)供等對(duì)于設(shè)置空間有很高要求目的。
【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0016]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是圖1中電堆的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)明的工作過程圖。
[0019]其中:1、煙囪，2、蒸汽發(fā)生器，3、保溫材料，4、天然氣進(jìn)氣管，5、燃料預(yù)熱器，6、脫硫器，7、空氣預(yù)熱器，8、鼓風(fēng)機(jī)，9、燃燒器，10、隔熱板，11、電堆，12、燃料分配板，13、重整器，14、空氣分配管，15、電池重復(fù)單元，16、負(fù)極端板，17、正極端板，18、底座，19、氣體通道，20、密封體。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了加深對(duì)本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍的限定。
[0021]如圖1所示的一種緊湊型固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，由上至下依次包括燃料預(yù)熱器5、空氣預(yù)熱器7、電堆11和重整器13，在電堆11的上方位于空氣預(yù)熱器7的下方設(shè)有燃燒器9，電堆11中燃料氣自下而上，空氣在水平方向上流動(dòng)，在電堆11的下部組合進(jìn)重整器，在電堆11的上部出口處燃料與空氣交匯燃燒，取得燃燒器的功能，在燃料預(yù)熱器5、空氣預(yù)熱器7、電堆11和重整器13的外部包裹有保溫材料3，電堆11 一側(cè)設(shè)有空氣分配管14，空氣分配管14末端靠近電堆11出口處，且穿過空氣預(yù)熱器7，燃料預(yù)熱器5內(nèi)部安裝有脫硫器6，燃料預(yù)熱器5與天然氣進(jìn)氣管4相連，燃燒的廢熱通過煙囪I進(jìn)行排放，煙囪I根部安裝有蒸汽發(fā)生器2，蒸汽發(fā)生器2安裝于保溫材料外部，既回收熱能，又得到有用的蒸汽進(jìn)行天然氣的重整，同時(shí)，排放的煙氣溫度顯著降低，不至于產(chǎn)生排放危險(xiǎn)。
[0022]保溫材料3與燃料預(yù)熱器5、空氣預(yù)熱器7、電堆11和重整器13之間留