固体氧化物燃料电池系统技术方案

一种固体氧化物燃料电池系统（１０）包括固体氧化物燃料电池堆（１２）和燃气涡轮发动机（１４）。该固体氧化物燃料电池堆（１２）包括多个固体氧化物燃料电池（１６）；每个固体氧化物燃料电池（１６）包括电解质（１８）、阳极（２０）和阴极（２２）。燃气涡轮发动机（１４）包括压缩机（６０）和涡轮（６２）。压缩机（６０）被布置用于向阴极（２２）提供氧化剂。还具有向阳极（２０）供给燃料的装置（２８、３０、２４）。具有从固体氧化物燃料电池（１６）向阴极（２２）供给一部分未使用的氧化剂（４９）的装置。至少供给氧化剂（４９）的装置包括燃烧器（４６）和喷射器（５８）。燃烧器（４６）被布置用于使固体氧化物燃料电池（１６）的至少一部分未使用的燃料燃烧，并用于向由压缩机（６０）供给的氧化剂供给燃烧器（４６）产物至阴极（２２），以使由压缩机（６０）供给的氧化剂预热。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
固体氧化物燃料电池系统本专利技术涉及一种高温燃料电池系统，特别是涉及一种固体氧化物燃料电池系统。如已公布的欧洲专利申请EP 0668622A1所披露的一种已公知的固体氧化物燃料电池系统包括固体氧化物燃料电池堆和燃气涡轮发动机。固体氧化物燃料电池堆包括多个固体氧化物燃料电池，并且每个固体氧化物燃料电池包括电解质、阳极和阴极。燃气涡轮发动机包括压缩机和布置用于驱动压缩机的涡轮。压缩机被布置用于向固体氧化物燃料电池的阴极供给氧化剂，并且存在向固体氧化物燃料电池的阳极供给燃料的装置。未使用的氧化剂的一部分由固体氧化物燃料电池供给至阴极。未使用的燃料的一部分在燃烧器内的残留的未使用的氧化剂中进行燃烧，且燃烧器的产物驱动涡轮。可设置热交换器用以将燃烧器产物中的热量传递给由压缩机供给到至少一个阴极的氧化剂，以对由压缩机供给的氧化剂进行预热。在这种布置中，燃烧器被布置在高温热交换器的上游。这种布置存在的一个问题是，需要使用高温热交换器把燃烧器产物中的热量传递给由压缩机供给到固体氧化物燃料电池的氧化剂，以使氧化剂在进入固体氧化物燃料电池堆之前能够达到所需的温度。因此，本专利技术设法提供一种新型的固体氧化物燃料电池系统，其减少，优选克服了上述的问题。由此，本专利技术提供一种固体氧化物燃料电池系统，包括固体氧化物燃料电池堆和燃气涡轮发动机，该固体氧化物燃料电池堆包括至少一个固体氧化物燃料电池，每个固体氧化物燃料电池包括电解质、阳极和阴极，燃气涡轮发动机包括压缩机和布置用于驱动压缩机的涡轮，所述压缩机布置用于向至少一个固体氧化物燃料电池的阴极供给氧化剂，用于向至少一个固体氧化物燃料电池的阳极供给燃料的装置，用-->于从至少一个固体氧化物燃料电池向至少一个固体氧化物燃料电池的阴极供给至少一部分未使用的氧化剂的装置，所述用于供给至少一部分未使用的氧化剂的装置包括燃烧器，布置该燃烧器用于使至少一个固体氧化物燃料电池的至少一部分未使用的燃料在至少一个固体氧化物燃料电池的至少一部分未使用的氧化剂中燃烧，并用于向由压缩机供给到至少一个固体氧化物燃料电池的阴极的氧化剂供给燃烧器产物，以对由压缩机供给的氧化剂进行预热。固体氧化物燃料电池堆优选包括多个固体氧化物燃料电池。未使用的氧化剂的第二部分优选被供应给涡轮以使驱动涡轮。可以提供热交换器以将涡轮废气中的热量传递给由压缩机供给到至少一个固体氧化物燃料电池的阴极的氧化剂，以对由压缩机供给的氧化剂进行预热。另一种可选方式是，布置燃烧器用于使至少一个固体氧化物燃料电池的至少一部分未使用的燃料在至少一个固体氧化物燃料电池的全部未使用的氧化剂中燃烧。可布置燃烧器用于向由压缩机供给到至少一个固体氧化物燃料电池的阴极的氧化剂供给一部分燃烧器产物，以对由压缩机供给的氧化剂进行预热。燃烧器的第二部分产物可供给涡轮以驱动涡轮。可设置热交换器用于向由压缩机供给到至少一个固体氧化物燃料电池的阴极的氧化剂输送燃烧器产物的热量，以对由压缩机供给的氧化剂进行预热。此外，还可以设置把至少一个固体氧化物燃料电池的至少第二部分未使用的燃料供给至阳极的装置，该供给第二部分未使用的燃料的装置被布置用于把未使用的燃料的第二部分供给到由燃料供给装置供给的燃料中，以预热由燃料供给装置供给的燃料。优选地，供给至少第二部分未使用的燃料的装置包括对未使用的燃料加压的装置，和混合未使用的燃料与燃料的装置。优选地，加压未使用燃料的装置和混合未使用燃料与燃料的装置包括喷射器。-->另一种可选方式是，加压未使用燃料的装置和混合未使用燃料与燃料的装置包括泵、风扇、鼓风机或者涡轮机和混合器。优选地，供给至少一部分未使用的氧化剂的装置包括对未使用的氧化剂加压的装置，和混合未使用的氧化剂与氧化剂的装置。优选地，加压未使用氧化剂的装置和混合未使用氧化剂与氧化剂的装置包括喷射器。另一种可选方式是，加压未使用燃料的装置包括泵、风扇、鼓风机或者涡轮机，混合未使用燃料与燃料的装置包括混合器。优选地，燃烧器布置用于向由压缩机供给到至少一个固体氧化物燃料电池阴极的氧化剂提供燃烧器产物，以通过加压未使用氧化剂的装置和混合未使用氧化剂与氧化剂的装置对由压缩机供给的氧化剂进行预热。优选地，喷射器为喷射泵。优选地，向至少一个固体氧化物燃料电池的阳极供给燃料的装置包括重整器，该重整器用于重整燃料，燃料供给装置布置用于向重整器供给燃料，该重整器布置用于向至少一个固体氧化物燃料电池的阳极供给重整的燃料。优选地，用于供给至少一部分未使用的氧化剂的装置布置用于加热重整器。以下，结合附图并通过实例的方式对本专利技术进行更加详细的描述，其中：图1示出了根据本专利技术的一种固体氧化物燃料电池系统，图2示出了根据本专利技术的另一种固体氧化物燃料电池系统，图3示出了根据本专利技术的另一种固体氧化物燃料电池系统，和图4示出了根据本专利技术的另一种固体氧化物燃料电池系统。图1示出了根据本专利技术的固体氧化物燃料电池系统10，该固体氧化物燃料电池系统包括固体氧化物燃料电池堆12和燃气涡轮发动机14。该固体氧化物燃料电池堆12包括多个固体氧化物燃料电池16，每-->个固体氧化物燃料电池16包括电解质18、阳极20和阴极22。阳极20和阴极22位于电解质18的相对表面上。燃气涡轮发动机14包括压缩机60和涡轮62，涡轮62被布置以通过轴64驱动压缩机60。燃料例如氢通过燃料歧管24提供给阳极20，并且燃料供给装置28例如氢供给装置被设置以将燃料经由输送管30输送至燃料歧管24。氧化剂例如氧、空气等通过氧化剂歧管26提供给阴极22，并且氧化剂供给装置32被设置以将氧化剂经由输送管34输送到氧化剂歧管26。阳极20设有未使用燃料的收集歧管36，未使用的燃料被排放到所述收集歧管中。未使用燃料的收集歧管36经由输送管38和40与输送管30相连，以致于未使用燃料的一部分，被供应、再循环到燃料歧管24。设置燃料喷射器42用于引导未使用燃料从未使用燃料的收集歧管36到燃料歧管24的供给和再循环。输送管38、40和燃料喷射器42构成从固体氧化物燃料电池16的阳极20供给、再循环未使用燃料回到固体氧化物燃料电池16的阳极20的装置37。燃料喷射器42加压未使用的燃料，并使未使用的燃料与由燃料供给装置28经由输送管30供应至燃料歧管24的燃料混合。未使用的燃料收集歧管36还通过输送管38和另一输送管44与燃烧器46相连，以致于未使用燃料的第二部分被提供给燃烧器46。阴极22设有未使用氧化剂的收集歧管48，未使用的氧化剂被排放到所述收集歧管中。未使用氧化剂的收集歧管48经由输送管50和52、燃烧器46和输送管56与输送管34相连，以致于未使用的氧化剂的一部分被输送、再循环至氧化剂歧管26。氧化剂喷射器58用于引导未使用氧化剂从未使用氧化剂的收集歧管48到氧化剂歧管26的供给和再循环。输送管50、52、56和氧化剂喷射器58构成从固体氧化物燃料电池16的阴极22供给、再循环未使用的氧化剂回到固体氧化物燃料电池16的阴极22的装置49。供给燃烧器46的第二部分未使用的燃料在供给燃烧器46的那部分未使用的氧化剂中燃烧产生热气体。在燃烧器46内产生的热气体与未使用的氧化剂一起流动通过输送管56和氧化剂喷射器58至输送管-->34，然后到达氧化剂歧管26。燃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体氧化物燃料电池系统（１０），包括固体氧化物燃料电池堆（１２）和燃气涡轮发动机（１４），该固体氧化物燃料电池堆（１２）包括至少一个固体氧化物燃料电池（１６），每个固体氧化物燃料电池（１６）包括电解质（１８）、阳极（２０）和阴极（２２），燃气涡轮发动机（１４）包括压缩机（６０）和布置用于驱动压缩机（６０）的涡轮（６２），压缩机（６０）布置用于向至少一个固体氧化物燃料电池（１６）的阴极（２２）供给氧化剂，向至少一个固体氧化物燃料电池（１６）的阳极（２０）供给燃料的装置（２８、３０、２４），从至少一个固体氧化物燃料电池（１６）向至少一个固体氧化物燃料电池（１６）的阴极（２２）供给至少一部分（５２）未使用的氧化剂（４９）的装置，其特征在于，该供给至少一部分（５２）未使用的氧化剂（４９）的装置包括燃烧器（４６），该燃烧器（４６）布置用于使至少一个固体氧化物燃料电池（１６）的至少一部分（４４）未使用的燃料在至少一个固体氧化物燃料电池（１６）的至少一部分（５２）未使用的氧化剂中燃烧，并用于向由压缩机（６０）供给到至少一个固体氧化物燃料电池（１６）的阴极（２２）的氧化剂供给燃烧器（４６）产物，以对由压缩机（６０）供给的氧化剂进行预热。...

【技术特征摘要】
US 2002-10-1 10/260,2711、一种固体氧化物燃料电池系统(10)，包括固体氧化物燃料电池堆(12)和燃气涡轮发动机(14)，该固体氧化物燃料电池堆(12)包括至少一个固体氧化物燃料电池(16)，每个固体氧化物燃料电池(16)包括电解质(18)、阳极(20)和阴极(22)，燃气涡轮发动机(1 4)包括压缩机(60)和布置用于驱动压缩机(60)的涡轮(62)，压缩机(60)布置用于向至少一个固体氧化物燃料电池(16)的阴极(22)供给氧化剂，向至少一个固体氧化物燃料电池(16)的阳极(20)供给燃料的装置(28、30、24)，从至少一个固体氧化物燃料电池(16)向至少一个固体氧化物燃料电池(16)的阴极(22)供给至少一部分(52)未使用的氧化剂(49)的装置，其特征在于，该供给至少一部分(52)未使用的氧化剂(49)的装置包括燃烧器(46)，该燃烧器(46)布置用于使至少一个固体氧化物燃料电池(16)的至少一部分(44)未使用的燃料在至少一个固体氧化物燃料电池(16)的至少一部分(52)未使用的氧化剂中燃烧，并用于向由压缩机(60)供给到至少一个固体氧化物燃料电池(16)的阴极(22)的氧化剂供给燃烧器(46)产物，以对由压缩机(60)供给的氧化剂进行预热。2、如权利要求1所述的固体氧化物燃料电池系统，其中固体氧化物燃料电池堆(12)包括多个固体氧化物燃料电池。3、如权利要求1或2所述的固体氧化物燃料电池系统，其中未使用的氧化剂的第二部分(54)被供给至涡轮(62)以驱动涡轮(62)。4、如权利要求1-3中任一项所述的固体氧化物燃料电池系统，其中设置热交换器(70)用于向由压缩机(60)供给到至少一个固体氧化物燃料电池(16)的阴极(22)的氧化剂输送涡轮(62)废气的热量，以对由压缩机(60)供给的氧化剂进行预热。5、如权利要求1或2所述的固体氧化物燃料电池系统，其中燃烧器(46)布置用于使至少一个固体氧化物燃料电池(16)的至少一部分(44)未使用的燃料在至少一个固体氧化物燃料电池(16)的全部未使用的氧化剂中燃烧。-->6、如权利要求5所述的固体氧化物燃料电池系统，其中布置燃烧器(46)用于向由压缩机(60)供给到至少一个固体氧化物燃料电池(16)的阴极(22)的氧化剂供给一部分(56B)燃烧器(46)产物，以对由压缩机(60)供给的氧化剂进行预热。7、如权利要求6所述的固体氧化物燃料电池系统，其中燃烧器(46)产物的第二部分(72)被供给到涡轮(62)以驱动涡轮(62)。8、如权利要求7所述的固体氧化物燃料电池系统，其中设置热交换器(74)用于向由压缩机(60)供给到至少一个固体氧化物燃料电池(1 6)的阴极(22)的氧化剂输送燃烧器(46)产物的热量，以对由压缩机供给的氧化剂进行预热。9、如权利要求1-8中任一项所述的固体氧化物燃料电池系统，还包括把至少一个固体氧化物燃料电池(16)的至少第二部分(40)未使用的燃料供给至阳极(20)的装置，该供给第二部分(40)未使用燃料的装置布置用于把未使用的燃料的第二部分供给到由燃料供给装置(28、30、24)提供的燃料中，以预热由燃料供给装置(28、30、24)供给的燃料。10、如权利要求9所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：GD阿格纽，RR莫里茨，OC塔诺夫斯基，M博佐罗，
申请(专利权)人：劳斯莱斯有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]