整合CLP与SOFC的发电设备及其操作方法技术

一种整合化学回路程序与固态氧化物燃料电池的发电设备及其操作方法。所述发电设备包括腔体、固态氧化物燃料电池装置与化学回路程序装置。所述腔体具有一阀门将其分隔成第一腔室及第二腔室，固态氧化物燃料电池装置设于第一腔室内。化学回路程序装置设于第二腔室内，且化学回路程序装置会产生氢气与二氧化碳，产生的氢气作为固态氧化物燃料电池装置的阳极燃料。借由所述阀门的开启可使化学回路程序装置产生的高温二氧化碳进入第一腔室，以加热固态氧化物燃料电池装置。本发明专利技术借由化学回路程序与固态氧化物燃料电池一体成型的设计并搭配运转接口配置与兼顾固态氧化物燃料电池高温稳态运转，以兼具二氧化碳捕获、高能源使用率与高发电效率的效果。

【技术实现步骤摘要】
整合CLP与SOFC的发电设备及其操作方法
本专利技术是有关于一种发电设备，且特别是有关于一种整合化学回路程序(ChemicalLoopingProcess,CLP)与固态氧化物燃料电池(solidoxidefuelcell,SOFC)的发电设备及其操作方法。
技术介绍
固态氧化物燃料电池系统操作温度约在850℃，由于这种燃料电池需要在高温环境下才可稳定运转发电，目前系统升温或维持系统操作环境温度方式通常使用气体加热器来符合系统的热需求。但使用气体加热器持温方式，属于耗能非具能源效益，因此，需搭配一个具高温产气的系统联供运转，利用其供应燃料需求，并有效回收高温气源的热能，则能达到系统节能与简化的目标。
技术实现思路
本专利技术提供一种整合化学回路程序与固态氧化物燃料电池的发电设备，能兼具二氧化碳捕获、高能源使用率与高发电效率的效果。本专利技术另提供一种整合化学回路程序与固态氧化物燃料电池的发电设备的操作方法，能将废热再回收利用。本专利技术的整合化学回路程序与固态氧化物燃料电池的发电设备，包括具有一阀门将其分隔成第一及第二腔室的腔体、设于第一腔室内的固态氧化物燃料电池(solidoxidefuelcell,SOFC)装置以及设于第二腔室内的化学回路程序(chemicalloopingprocess,CLP)装置。CLP装置会产生高温的氢气与高温的二氧化碳，其中氢气作为SOFC装置的阳极燃料，并借由第一阀门的开启使高温的二氧化碳进入第一腔室，用以加热SOFC装置。其中，所述第一腔室位于所述第二腔室上方。其中，所述第一腔室还包括二氧化碳排出口。其中，所述设备还包括第二阀门，设置于所述二氧化碳排出口旁，用以开启或关闭所述二氧化碳排出口。其中，所述设备还包括气流分布器，设置于所述第一腔室内并介于所述第一阀门与所述固态氧化物燃料电池装置之间。其中，所述气流分布器为具有数个孔穴的平板。其中，所述化学回路程序装置包括通入蒸汽用的蒸汽管路、通入燃料用的燃料管路、排放氢气用的氢气管路、与通入空气用的空气管路。其中，所述固态氧化物燃料电池装置包括通入阳极燃料用的阳极管路与通入阴极燃料用的阴极管路，且所述阳极管路与所述化学回路程序装置的所述氢气管路连通。其中，所述设备还包括蒸汽产生器，用以供应所述化学回路程序装置蒸汽。其中，所述设备还包括第一加热单元，用以加热自所述第一腔室排出的二氧化碳，并传送到所述蒸汽产生器。其中，所述设备还包括第二加热单元，用以加热自所述固态氧化物燃料电池装置排出的尾气，并传送到所述蒸汽产生器。其中，所述设备还包括水帮浦，用以供应水到所述蒸汽产生器。其中，所述设备还包括阳极燃料供应单元，用以接受稀释气体以及自所述化学回路程序装置产生的所述氢气，并供应至所述固态氧化物燃料电池装置。其中，所述阳极燃料供应单元包括：第一热交换器，用以降低所述氢气的温度并应用热交换取出的热能加热所述稀释气体；第一分流阀，用以分流自所述第一热交换器进入的所述氢气；抽气帮浦，用以抽取经过所述第一分流阀的所述氢气；第一流量计，控制来自所述抽气帮浦的所述氢气的流量；以及混合器，接受经所述第一流量计控制流量的所述氢气与经所述第一热交换器加热的所述稀释气体。其中，所述阳极燃料供应单元还包括氢气储存槽，用以储存经过所述第一分流阀的部分所述氢气，在所述化学回路程序装置停机或故障时作为所述固态氧化物燃料电池装置进入停机程序所需氢气来源。其中，所述阳极燃料供应单元还包括除尘器，设置于所述第一热交换器与所述第一分流阀之间，用以对降温后的所述氢气进行除尘步骤。其中，所述设备还包括稀释气体供应单元，用以供应所述稀释气体至所述阳极燃料供应单元，且所述稀释气体供应单元包括：第二分流阀，用以分流氮气与来自所述第一腔室排出的二氧化碳，所述稀释气体是选自所述氮气与所述二氧化碳其中之一；第二热交换器，用以加热经过所述第二分流阀的所述稀释气体；以及第三分流阀，设置于所述第二分流阀与所述第二热交换器之间，用以将所述稀释气体绕过所述第二热交换器。其中，所述设备还包括空气供应单元，用以分别供应空气至所述化学回路程序装置与所述固态氧化物燃料电池装置。其中，所述空气供应单元包括：空气帮浦；第二流量计，配合所述固态氧化物燃料电池装置所需的空气量，控制来自所述空气帮浦的所述空气的量；第三流量计，配合所述化学回路程序装置所需的空气量，控制来自所述空气帮浦的所述空气的量；以及第四分流阀，用以分流来自所述第二流量计的所述空气。其中，所述设备还包括空气进气管路，设置于所述第二腔室内并与所述空气供应单元相连，以借由所述化学回路程序装置产生的所述二氧化碳加热由所述第四分流阀进入所述空气进气管路中的所述空气。其中，所述设备还包括热箱，用以加热通过所述空气进气管路的所述空气，并传送被加热的空气到所述固态氧化物燃料电池装置。其中，所述化学回路程序装置是使用碳基燃料与铁系载氧体作为反应原料，以产生所述氢气与所述二氧化碳。本专利技术的操作方法包括供应燃料至一发电设备的CLP装置，以产生氢气与二氧化碳，其中发电设备包括被一第一阀门分隔成第一及第二腔室的一个腔体，而上述CLP装置就设置在第二腔室内。然后，开启上述第一阀门，使CLP装置产生的二氧化碳通过开启的第一阀门进入第一腔室，以加热设置在第一腔室内的SOFC装置。至于CLP装置产生的氢气则被输送至SOFC装置，以作为SOFC装置的阳极燃料。其中，所述方法还包括控制所述第一阀门的阀开度，以根据所述固态氧化物燃料电池装置的温度，控制所述二氧化碳进入所述第一腔室的流量。其中，所述方法还包括控制第二阀门的阀开度，以根据所述固态氧化物燃料电池装置的温度，控制所述二氧化碳排出所述第一腔室的流量，所述第二阀门设置在所述第一腔室排出所述二氧化碳的开口处。其中，所述方法还包括使用所述固态氧化物燃料电池装置的尾气或自所述第一腔室排出的所述二氧化碳作为所述化学回路程序装置的蒸汽热源。其中，在使用所述尾气或自所述第一腔室排出的所述二氧化碳作为所述蒸汽热源之前，还包括加热所述尾气或所述二氧化碳。其中，所述方法还包括使用氮气对自所述第一腔室排出的所述二氧化碳进行热交换，以加热所述氮气并降低所述二氧化碳的温度，其中，经加热的所述氮气是作为所述固态氧化物燃料电池装置的稀释气体源。其中，所述方法还包括使用自所述第一腔室排出的所述二氧化碳作为所述固态氧化物燃料电池装置的稀释气体源。其中，所述方法还包括使用所述化学回路程序装置产生的所述氢气对所述固态氧化物燃料电池装置的稀释气体源进行热交换，以加热所述稀释气体源并降低所述氢气的温度。其中，所述方法还包括储存所述化学回路程序装置产生的所述氢气的一部分，以在所述化学回路程序装置停机或故障时供应至所述固态氧化物燃料电池装置，作为所述固态氧化物燃料电池装置进入停机程序所需氢气来源。其中，所述方法还包括借由所述化学回路程序装置产生的所述二氧化碳加热设置于所述第二腔室内的空气进气管路中的空气，并以经加热的所述空气作为所述固态氧化物燃料电池装置的阴极燃料。其中，所述方法还包括使用所述固态氧化物燃料电池装置的尾气对空气进行热交换，以加热空气，并以经加热的所述空气作为所述固态氧化物燃料电池装置的阴极燃料。基于上述，本专利技术能借由化学回路程序与固态氧化物燃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种整合化学回路程序与固态氧化物燃料电池的发电设备，其特征在于，包括：腔体，具有第一阀门，所述第一阀门将所述腔体分隔成第一腔室以及第二腔室；固态氧化物燃料电池装置，设于所述第一腔室内；以及化学回路程序装置，设于所述第二腔室内，所述化学回路程序装置会产生氢气与二氧化碳，所述氢气作为所述固态氧化物燃料电池装置的阳极燃料，且借由所述第一阀门的开启使所述二氧化碳进入所述第一腔室，用以加热所述固态氧化物燃料电池装置。

【技术特征摘要】
2015.12.08 TW 1041410651.一种整合化学回路程序与固态氧化物燃料电池的发电设备，其特征在于，包括：腔体，具有第一阀门，所述第一阀门将所述腔体分隔成第一腔室以及第二腔室；固态氧化物燃料电池装置，设于所述第一腔室内；以及化学回路程序装置，设于所述第二腔室内，所述化学回路程序装置会产生氢气与二氧化碳，所述氢气作为所述固态氧化物燃料电池装置的阳极燃料，且借由所述第一阀门的开启使所述二氧化碳进入所述第一腔室，用以加热所述固态氧化物燃料电池装置。2.根据权利要求1所述的整合化学回路程序与固态氧化物燃料电池的发电设备，其特征在于，所述第一腔室位于所述第二腔室上方。3.根据权利要求1所述的整合化学回路程序与固态氧化物燃料电池的发电设备，其特征在于，所述第一腔室还包括二氧化碳排出口。4.根据权利要求3所述的整合化学回路程序与固态氧化物燃料电池的发电设备，其特征在于，还包括第二阀门，设置于所述二氧化碳排出口旁，用以开启或关闭所述二氧化碳排出口。5.根据权利要求1所述的整合化学回路程序与固态氧化物燃料电池的发电设备，其特征在于，还包括气流分布器，设置于所述第一腔室内并介于所述第一阀门与所述固态氧化物燃料电池装置之间。6.根据权利要求5所述的整合化学回路程序与固态氧化物燃料电池的发电设备，其特征在于，所述气流分布器为具有数个孔穴的平板。7.根据权利要求1所述的整合化学回路程序与固态氧化物燃料电池的发电设备，其特征在于，所述化学回路程序装置包括通入蒸汽用的蒸汽管路、通入燃料用的燃料管路、排放氢气用的氢气管路、与通入空气用的空气管路。8.根据权利要求7所述的整合化学回路程序与固态氧化物燃料电池的发电设备，其特征在于，所述固态氧化物燃料电池装置包括通入阳极燃料用的阳极管路与通入阴极燃料用的阴极管路，且所述阳极管路与所述化学回路程序装置的所述氢气管路连通。9.根据权利要求1所述的整合化学回路程序与固态氧化物燃料电池的发电设备，其特征在于，还包括蒸汽产生器，用以供应所述化学回路程序装置蒸汽。10.根据权利要求9所述的整合化学回路程序与固态氧化物燃料电池的发电设备，其特征在于，还包括第一加热单元，用以加热自所述第一腔室排出的二氧化碳，并传送到所述蒸汽产生器。11.根据权利要求9所述的整合化学回路程序与固态氧化物燃料电池的发电设备，其特征在于，还包括第二加热单元，用以加热自所述固态氧化物燃料电池装置排出的尾气，并传送到所述蒸汽产生器。12.根据权利要求9所述的整合化学回路程序与固态氧化物燃料电池的发电设备，其特征在于，还包括水帮浦，用以供应水到所述蒸汽产生器。13.根据权利要求1所述的整合化学回路程序与固态氧化物燃料电池的发电设备，其特征在于，还包括阳极燃料供应单元，用以接受稀释气体以及自所述化学回路程序装置产生的所述氢气，并供应至所述固态氧化物燃料电池装置。14.根据权利要求13所述的整合化学回路程序与固态氧化物燃料电池的发电设备，其特征在于，所述阳极燃料供应单元包括：第一热交换器，用以降低所述氢气的温度并应用热交换取出的热能加热所述稀释气体；第一分流阀，用以分流自所述第一热交换器进入的所述氢气；抽气帮浦，用以抽取经过所述第一分流阀的所述氢气；第一流量计，控制来自所述抽气帮浦的所述氢气的流量；以及混合器，接受经所述第一流量计控制流量的所述氢气与经所述第一热交换器加热的所述稀释气体。15.根据权利要求14所述的整合化学回路程序与固态氧化物燃料电池的发电设备，其特征在于，所述阳极燃料供应单元还包括氢气储存槽，用以储存经过所述第一分流阀的部分所述氢气，在所述化学回路程序装置停机或故障时作为所述固态氧化物燃料电池装置进入停机程序所需氢气来源。16.根据权利要求14所述的整合化学回路程序与固态氧化物燃料电池的发电设备，其特征在于，所述阳极燃料供应单元还包括除尘器，设置于所述第一热交换器与所述第一分流阀之间，用以对降温后的所述氢气进行除尘步骤。17.根据权利要求13所述的整合化学回路程序与固态氧化物燃料电池的发电设备，其特征在于，还包括稀释气体供应单元，用以供应所述稀释气体至所述阳极燃料供应单元，且所述稀释气体供应单元包括：第二分流阀，用以分流氮气与来自所述第一腔室排出的二氧化碳，所述稀释气体是选自所述氮气与所述二氧化碳其中之一；第二热交换器，用以加热经过所述第二分流阀的所述稀释气体；以及第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李纯怡，黄嘉禄，张玉清，张文昇，丁富彬，陈锡铨，沈政宪，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71