一种便携式燃料电池系统及其实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种便携式燃料电池系统及其实现方法。本发明专利技术采用嵌套的外壳体和内壳体构成容纳腔，阴极气体管道设置在容纳腔内；在内壳体底部设置燃料重整装置，顶端设置尾气燃烧装置，在燃料重整装置外套设同轴的阳极流道外壳体构成阳极流道；阳极流道外壳体与内壳体之间形成阴极气体腔；在阴极气体腔内设置电池堆，并连通至阳极流道；电池反应放出热量为燃料重整装置提供高温边界，减少放热损失；尾气燃烧装置处理电池尾气产生的高温燃烧废气经容纳腔与阴极气体管道发生热交换，为电池堆提供高温边界，减少电池堆放热损失；本发明专利技术能够提高电池性能；结构紧凑，且对外换热损失小，减少隔热材料使用，从而降低系统质量和体积，更适合便携式应用。

【技术实现步骤摘要】
一种便携式燃料电池系统及其实现方法
本专利技术涉及固体氧化物燃料电池技术，具体涉及一种强化热管理的便携式燃料电池系统及其实现方法。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(SolidOxideFuelCell,SOFC)在中高温下工作，采用高离子电导率的氧化物材料作为电解质，可利用甲烷、丁烷、乙醇、柴油、航空煤油等碳氢燃料，具有广泛的燃料适应性和较高的能量密度，在便携式电源中的应用极具前景。SOFC系统的典型构型包括气体供给单元、燃料处理单元、SOFC单元、尾气处理单元、热管理单元等。燃料处理单元一般采用催化部分氧化重整器，使燃料发生部分氧化反应，生成可被SOFC利用的氢气和一氧化碳。尾气处理单元一般采用催化燃烧器，将反应后的残余燃料完全氧化。便携式SOFC系统运行期间，释放热量的组件包括燃料处理单元、SOFC单元和尾气处理单元。系统高度集成导致其他单元与SOFC间存在强烈的热耦合，并非传统意义上的绝热边界。热自维持运行要求上述组件释放的热量可以将烃类燃料和阴极空气加热到运行温度，以及弥补系统对外界环境的热损失。但是便携SOFC系统的尺寸小、比表面积大，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种强化热管理的便携式燃料电池系统，其特征在于，所述便携式燃料电池系统包括：外壳体、内壳体、燃料重整装置、密封盘、阳极流道外壳体、电池底座、尾气燃烧装置、阴极气体管道和尾气出口；其中，外壳体为底端开口且内部中空的壳体，内壳体为底端和顶端均开口的管式结构，外壳体的内径大于内壳体的外径，外壳体与内壳体同轴套装在一起，并且底端密封连接，二者之间形成容纳腔；阴极气体管道设置在容纳腔内，并且螺旋缠绕在内壳体外，阴极气体管道的入口端位于容纳腔外，出口端通过位于内壳体底部的开孔伸入至内壳体内；在内壳体内且位于底部中心设置燃料重整装置，并且燃料重整装置的底端与内壳体的底端之间采用密封盘密封连接；阳极流道外...

【技术特征摘要】
1.一种强化热管理的便携式燃料电池系统，其特征在于，所述便携式燃料电池系统包括：外壳体、内壳体、燃料重整装置、密封盘、阳极流道外壳体、电池底座、尾气燃烧装置、阴极气体管道和尾气出口；其中，外壳体为底端开口且内部中空的壳体，内壳体为底端和顶端均开口的管式结构，外壳体的内径大于内壳体的外径，外壳体与内壳体同轴套装在一起，并且底端密封连接，二者之间形成容纳腔；阴极气体管道设置在容纳腔内，并且螺旋缠绕在内壳体外，阴极气体管道的入口端位于容纳腔外，出口端通过位于内壳体底部的开孔伸入至内壳体内；在内壳体内且位于底部中心设置燃料重整装置，并且燃料重整装置的底端与内壳体的底端之间采用密封盘密封连接；阳极流道外壳体为底端开口且内部中空的壳体，阳极流道外壳体的内径大于燃料重整装置的外径，阳极流道外壳体的底部外边缘设置同轴的环形的电池底座，二者连接为一个整体，在电池底座上设置多个呈中心对称的通孔，在内壳体内，连接为一个整体的阳极流道外壳体和电池底座，同轴地套在燃料重整装置外，且电池底座的下表面与密封盘的上表面之间有距离，电池底座的外边缘与密封盘的上表面密封连接，从而在阳极流道外壳体的内壁与燃料重整装置的外壁之间以及电池底座的下表面与密封盘的上表面构成连通的阳极流道，电池底座上的通孔连通至阳极流道外壳体内的阳极流道；阳极流道外壳体的外壁与内壳体的内壁之间形成阴极气体腔；在每一个电池底座的通孔上安置一个管式固体氧化物燃料电池，每一个固体氧化物燃料电池平行于中轴线，从而形成圆周排列的电池堆，围绕着位于中心的燃料重整装置；管式固体氧化物燃料电池的内部空腔通过电池底座上的通孔连通至阳极流道；在内壳体的顶端中心设置尾气燃烧装置，尾气燃烧装置的燃烧废气出口连通至外壳体与内壳体之间的容纳腔；在容纳腔的底部设置尾气出口；电池底座、电池堆、阳极流道外壳体和燃料重整装置与外壳体和内壳体同轴；阴极气体通过阴极气体管道进入至内壳体与阳极流道外壳体之间形成的阴极气体腔内；燃料进入至燃料重整装置，在内部的多孔介质催化剂的表面发生部分氧化反应，生成能够被管式固体氧化物燃料电池利用的混合燃料，进入至阳极流道；混合燃料经阳极流道改变方向，自上而下经过燃料重整装置外壁后，经电池底座上的通孔从底部进入至管式固体氧化物燃料电池内侧，利用混合燃料中的氢气与一氧化碳作为还原剂，管式固体氧化物燃料电池外侧的阴极与阴极气体腔的阴极气体接触，利用阴极气体中的氧气作为氧化剂，在管式固体氧化物燃料电池中发生电化学反应，产生阳极尾气和阴极尾气，同时放出热量；电池反应放出的热量为燃料重整装置提供高温边界，减少燃料重整装置放热损失；含有残余燃料的阳极尾气与阴极尾气在内壳体内的顶部混合形成电池尾气，流入尾气燃烧装置；含有氧气与残余燃料的电池尾气在尾气燃烧装置内发生完全氧化反应，产生燃烧废气，同时放出大量热量；燃烧废气进入至容纳腔内，从上至下经过阴极气体管道，与阴极气体管道发生热交换；容纳腔内的高温的燃烧废气环绕在内壳体外部，为内壳体内的电池堆提供高温的边界条件，减少管式固体氧化物燃料电池与外界环境的换热损失；燃烧废气最终从底部的尾气出口排出至外部。


2.如权利要求1所述的便携式燃料电池系统，其特征在于，所述燃料重整装置包括：多孔介质腔体、燃料进气端口、燃料出气端口和多孔介质催化剂；其中，多孔介质腔体为内部中空的壳体，多孔介质腔体的底部边缘与内壳体的底端密封连接；多孔介质腔体的底部中心设置有燃料进气端口，多孔介质腔体的顶部中心设置有燃料出气端口，在多孔介质腔体内设置有多孔介质催化剂；碳氢燃料与阴极气体通过燃料进气端口通入多孔介...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雨晴，任佳伟，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11