燃料电池发电系统技术方案

本申请提供了一种燃料电池发电系统，包括燃料电池电堆、阳极循环回路、燃烧器和阴极气体供应单元。燃料电池电堆包括阳极和阴极。阳极循环回路包括燃料重整器和循环装置，循环装置连接在燃料重整器和阳极之间以形成阳极循环回路。燃烧器与燃料电池电堆连接用于燃烧燃料电池电堆产生的尾气以生成热能。阴极气体供应单元分别与阴极和燃烧器连接以使阴极气体供应单元向阴极提供已加热的气体。本申请实施例提供的燃料电池发电系统中，通过阳极循环回路不仅能够将阳极中未反应的燃料循环回流至燃料重整器内来实现提供燃料的利用率，而且还能将带有热量的水蒸气引入至燃料重整器内参与反应来简化发电系统的结构和提高系统净效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池发电系统


[0001]本申请涉及燃料电池发电
，具体的是一种燃料电池发电系统。

技术介绍

[0002]燃料电池是将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置，该发电装置通常包括电解质、阳极、阴极和连接体或双极板，阳极一侧会连续通入燃料(例如氢气、一氧化碳、甲烷等)，该燃料会被具有催化作用的阳极表面吸附住，并通过阳极的多孔结构使燃料扩散到阳极和电解质的界面，阴极一侧连续通入氧化剂(例如空气)，氧化剂也会被多孔结构的阴极表面吸附，使其得到电子，得到电子的氧化剂由于浓度梯度所引起的扩散使其达到电解质和阳极的界面，与燃料发生反应，失去的电子通过外电路回到阴极，形成电流。
[0003]然而，阳极中的燃料含有大量热量，同时包含大量未充分反应的燃料，直接燃烧会造成了燃料和热量损失。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种燃料电池发电系统，能够有效的利用阳极中未充分反应的燃料以及热量来提供发电系统的系统净效率。
[0005]本申请实施例提供了一种燃料电池发电系统，包括：
[0006]燃料电池电堆，包括阳极和阴极；
[0007]阳极循环回路，包括燃料重整器和循环装置，循环装置连接在燃料重整器和阳极之间以形成阳极循环回路，循环装置能够将阳极中含有燃料和水蒸气的尾气输送至燃料重整器内，其中，阳极尾气中的水蒸气被输送至燃料重整器内参与重整反应，阳极尾气中的燃料与燃料重整器中生成的气体混合后被输送至阳极内；
[0008]燃烧器，与燃料电池电堆连接，用于燃烧燃料电池电堆产生的尾气以生成热能；
[0009]阴极气体供应单元，分别与阴极和燃烧器连接以使阴极气体供应单元向阴极提供已加热的气体。
[0010]本申请实施例提供的燃料电池发电系统中，通过阳极循环回路不仅能够将阳极中未反应的燃料循环回流至燃料重整器内来实现提供燃料的利用率，而且还能将带有热量的水蒸气引入至燃料重整器内参与反应来简化发电系统的结构和提高系统净效率。
[0011]在本申请的一些实施例中，还包括供气单元，供气单元与燃料重整器连接。
[0012]在本申请的一些实施例中，燃烧器与供气单元热交换连接以使供气单元向燃料重整器提供已加热的气体。
[0013]在本申请的一些实施例中，供气单元包括第一气体流量计和第一换热器，气体流量计连接在第一换热器和燃料重整器之间。
[0014]在本申请的一些实施例中，阴极气体供应单元包括送风机、与送风机连接的第二换热器及连接第二换热器的第二气体流量计，第二换热器还分别与阴极和燃烧器连接。
[0015]在本申请的一些实施例中，还包括：
[0016]流量泵，具有泵入口和泵出口，用于输送含碳氢化合物的原料；
[0017]预热器，分别与泵出口和燃料重整器连接，用于向燃料重整器提供加热的原料。
[0018]在本申请的一些实施例中，还包括：
[0019]建模仿真单元，用于根据燃料重整器内的氧碳比和循环装置内的循环比计算得到燃料电池发电系统的系统净效率。通过建模仿真单元可以实时得到燃料电池发电系统的系统净效率，并且及时调整氧碳比和循环比来提高系统净效率。
[0020]在本申请的一些实施例中，还包括：
[0021]控制单元，分别与循环装置和流量泵连接，用于控制循环装置和流量泵的开度。
[0022]在本申请的一些实施例中，燃料电池电堆为高温燃料电池电堆。该高温燃料电池具有简化水热管理系统、催化剂抗毒能力强、反应动力学速度快、燃料选择范围宽等优势。
[0023]在本申请的一些实施例中，高温燃料电池电堆为固体氧化物型燃料电池电堆。该固体氧化物型燃料电池具有高效率、无污染、全固态结构和对多种燃料气体的广泛适应性等优异性能，使其得到广泛的应用。
附图说明
[0024]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0025]图1为本申请一些实施例提供的燃料电池发电系统的结构示意图；
[0026]图2为本申请一些实施例提供的燃料电池发电系统中电堆燃料利用率与系统净效率、电堆效率和尾气排出温度的曲线变化图；
[0027]图3为本申请一些实施例提供的燃料电池发电系统中空气预热温度与系统净效率、电堆效率和尾气排出温度的曲线变化图；
[0028]图4为本申请一些实施例提供的燃料电池发电系统中电堆空气利用率与系统净效率、电堆效率和尾气排出温度的曲线变化图；
[0029]图5为本申请一些实施例提供的燃料电池发电系统的氧碳比与系统净效率、电堆效率和尾气排出温度的曲线变化图；
[0030]图6为本申请一些实施例提供的燃料电池发电系统的循环比与系统净效率、电堆效率和尾气排出温度的曲线变化图；
[0031]图7为本申请实施例1中燃料电池发电系统与对比例1中发电系统的重整效率、电堆效率和系统净效率的柱状图。
[0032]附图标记说明：
[0033]10
‑
燃料电池发电系统；
[0034]11
‑
燃烧电池堆；
[0035]12
‑
阳极循环回路；
[0036]121
‑
燃料重整器；
[0037]122
‑
循环装置；
[0038]123
‑
第一换热器；
[0039]13
‑
燃烧器；
[0040]14
‑
阴极气体供应单元；
[0041]15
‑
流量泵；
[0042]16
‑
预热器；
[0043]17
‑
送风机；
[0044]18
‑
引风机；
[0045]19
‑
散热器；
[0046]20
‑
散热风扇。
[0047]通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
[0048]本说明书中各实施例或实施方案采用递进的方案描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似件分相互参见即可。
[0049]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方案结合。
[0050]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池发电系统，其特征在于，包括：燃料电池电堆，包括阳极和阴极；阳极循环回路，包括燃料重整器和循环装置，所述循环装置连接在所述燃料重整器和所述阳极之间以形成所述阳极循环回路，所述循环装置能够将所述阳极中含有燃料和水蒸气的尾气输送至所述燃料重整器内，其中，所述阳极尾气中的水蒸气被输送至所述燃料重整器内参与重整反应，所述阳极尾气中的燃料与所述燃料重整器中生成的气体混合后被输送至所述阳极内；燃烧器，与所述燃料电池电堆连接，用于燃烧所述燃料电池电堆产生的尾气以生成热能；阴极气体供应单元，分别与所述阴极和所述燃烧器连接，以使所述阴极气体供应单元向所述阴极提供已加热的气体。2.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统，其特征在于，还包括供气单元，所述供气单元与所述燃料重整器连接。3.根据权利要求2所述的燃料电池发电系统，其特征在于，所述燃烧器与所述供气单元热交换连接以使所述供气单元向所述燃料重整器提供已加热的气体。4.根据权利要求3所述的燃料电池发电系统，其特征在于，所述供气单元包括第一气体流量计和第一换热器，所述气体流量计连接在所述第一换热器和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：于波，曹军文，张文强，覃祥富，耿嘎，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：