一种SOFC高效换热系统技术方案

本发明专利技术涉及一种SOFC高效换热系统，包括重整制氢系统、空气源、换热系统和电堆。所述重整制氢系统用于反应产生富氢气体。所述空气源用于提供空气。所述换热系统包括富氢气体入口、空气入口、富氢气体出口和空气出口，所述重整制氢系统的输出端与所述换热系统的富氢气体入口连接，所述空气源与所述空气入口连接，所述换热系统用于均衡所述富氢气体和空气的温度。所述富氢气体出口与和空气出口均匀所述电堆连接，所述富氢气体与所述空气在所述电堆发生反应产生电能。所述SOFC高效换热系统能够对降低进入电堆阳极和阴极的气体温差，保持进入电堆阴极和阳极气体的温度均一性，延长电堆的使用寿命。使用寿命。使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种SOFC高效换热系统


[0001]本专利技术涉及固体氧化物燃料电池(SOFC)，尤其涉及一种SOFC高效换热系统。

技术介绍

[0002]固体氧化物燃料电池(SOFC)具有高能量转化效率、零污染、零噪声等优点，被认为是发电效率最高的技术。电堆是SOFC实现化学能转化为电能的核心部件，为了是电堆能够安全、高效的运行，对电堆进出口工作温度环境的控制至关重要。电堆温度过低时，电池片功率密度小、发电效率低下；电堆温度过高、温差过大以及温度场分布不均时都会导致密封材料快速老化，电池片和连接体发生形变，甚至断裂，从而电堆性能急剧下降。为此必须为其设计出合理的SOFC热管理系统对其工作温度进行合理、有效的控制。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种SOFC高效换热系统，能够对降低进入电堆阳极和阴极的气体温差，保持进入电堆阴极和阳极气体的温度均一性，延长电堆的使用寿命。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0005]一种SOFC高效换热系统，包括：
[0006]重整制氢系统，所述重整制氢系统用于反应产生富氢气体；
[0007]空气源，用于提供空气；
[0008]换热系统，所述换热系统包括富氢气体入口、空气入口、富氢气体出口和空气出口，所述重整制氢系统的输出端与所述换热系统的富氢气体入口连接，所述空气源与所述空气入口连接，所述换热系统用于均衡所述富氢气体和空气的温度；
[0009]电堆，所述富氢气体出口与和空气出口均匀所述电堆连接，所述富氢气体与所述空气在所述电堆发生反应产生电能。
[0010]进一步的，所述重整制氢气体系统包括：
[0011]脱硫器，所述脱硫器用于去除燃料中的硫；
[0012]重整器，所述重整器用于除硫后的燃料与水发生反应生产所述富氢气体；
[0013]燃烧器，用于为所述重整器内的反应提供热源。
[0014]进一步的，还包括水泵和燃料风机，所述水泵用于为所述重整器内的反应提供水分，所述燃料风机用于提供燃料，所述燃料与所述水分在所述重整器内反应产生富氢气体。
[0015]进一步的，所述换热系统包括电堆阳极换热模块、电堆阴极换热模块和温度均衡模块；
[0016]所述电堆阳极换热模块包括所述富氢气体入口、阳极换热模块、阳极出口气进气口和阳极出口气出气口；
[0017]富氢气体从所述富氢气体入口进入至所述阳极换热模块内；
[0018]阳极出口气从所述阳极出口气进气口进入阳极换热模块内与所述富氢气体进行
热交换，所述阳极出口气从所述阳极出口气出气口排出，进行热交换后的富氢气体从富氢气体均衡器入口进入至所述温度均衡模块，并从所述富氢气体出口排出；
[0019]所述电堆阴极换热模块包括所述空气入口、阴极换热模块、阴极出口气进气口、阴极出口气出气口；
[0020]所述空气从所述空气入口进入至所述阴极换热模块内；
[0021]阴极出口气从所述阴极出口气进气口进入阴极换热模块内与所述空气进行热交换，所述阴极出口气从所述阴极出口气出气口排出；
[0022]进行热交换后的空气从空气均衡器入口进入至所述温度均衡模块，并从所述空气出口排出；
[0023]所述温度均衡模块包括所述富氢气体均衡器入口、所述空气均衡器入口、所述富氢气体出口和所述空气出口。
[0024]进一步的，所述换热系统还包括调温模块，所述调温模块包括调温介质入口和调温介质出口，所述调温介质包括调温热介质和调温冷介质，所述调温热介质或调温冷介质从所述调温介质入口进入至所述温度均衡模块调节所述富氢气体和空气的温度，并从所述调温介质出口流出。
[0025]进一步的，所述电堆的阳极与所述阳极出口气进气口连通，所述阳极内未完全反应的气体从所述阳极出口气进气口进入至所述阳极换热模块内与所述富氢气体进行热交换形成冷阳极出口气；
[0026]所述电堆的阴极与所述阴极出口气进气口连通，所述阴极内未完全反应的气体从所述阴极出口气进入至所述阴极反应模块内与所述空气进行热交换形成冷阴极出口气。
[0027]进一步的，所述阳极出口气出气口和阴极出口气出气口均与所述燃烧器连通，所述冷阳极出口气和冷阴极出口气进入至所述燃烧器内进行燃烧反应，产生热量用于为所述重整器内提供热源。
[0028]进一步的，所述燃料为天然气。
[0029]进一步的，所述空气源为空气风机。
[0030]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0031](1)本发电工艺集成“多合一”换热系统，该系统采用多通道多级串并联换热理念，高度集成独立设计，大大提高发电工艺换热效率，相比传统多个、分散的换热器更加便捷。
[0032](2)本换热系统包含阴极换热模块和阳极换热模块，与重整制氢系统和电堆有非常便利的兼容性，设置了丰富冷热流接口，能够与上下游工段进行友好匹配。
[0033](3)本换热系统还设置了温度均衡模块，其主要作用进一步降低进入电堆阳极和阴极的气体温差，保持进入电堆阴极和阳极气体的温度均一性，此外在温度均衡模块还设计调温介质的流道，一方面用于调控进入电堆阴极和阳极气体的温度，另一方面用于系统启动时快速升温。
附图说明
[0034]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
[0035]在附图中：
[0036]图1是SOFC高效换热系统的结构示意图；
[0037]图2是换热系统的结构示意图。
具体实施方式
[0038]下面将参照附图更详细地描述本专利技术的示例性实施方式。虽然附图中显示了本专利技术的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0039]本专利技术的实施例提供了一种SOFC高效换热系统，包括重整制氢系统、空气源、换热系统和电堆。所述重整制氢系统用于反应产生富氢气体。所述空气源用于提供空气。所述换热系统包括富氢气体入口、空气入口、富氢气体出口和空气出口，所述重整制氢系统的输出端与所述换热系统的富氢气体入口连接，所述空气源与所述空气入口连接，所述换热系统用于均衡所述富氢气体和空气的温度。所述富氢气体出口与和空气出口均匀所述电堆连接，所述富氢气体与所述空气在所述电堆发生反应产生电能。所述SOFC高效换热系统能够对降低进入电堆阳极和阴极的气体温差，保持进入电堆阴极和阳极气体的温度均一性，延长电堆的使用寿命。
[0040]实施例1
[0041]如图1和图2所示，所述SOFC高效换热系统包括重整制氢系统3、空气源6、换热系统4和电堆5。所述重整制氢系统3用于反应产生富氢气体。所述空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SOFC高效换热系统，其特征在于，包括：重整制氢系统，所述重整制氢系统用于反应产生富氢气体；空气源，用于提供空气；换热系统，所述换热系统包括富氢气体入口、空气入口、富氢气体出口和空气出口，所述重整制氢系统的输出端与所述换热系统的富氢气体入口连接，所述空气源与所述空气入口连接，所述换热系统用于均衡所述富氢气体和空气的温度；电堆，所述富氢气体出口与和空气出口均匀所述电堆连接，所述富氢气体与所述空气在所述电堆发生反应产生电能。2.根据权利要求1所述的SOFC高效换热系统，其特征在于，所述重整制氢气体系统包括：脱硫器，所述脱硫器用于去除燃料中的硫；重整器，所述重整器用于除硫后的燃料与水发生反应生产所述富氢气体；燃烧器，用于为所述重整器内的反应提供热源。3.根据权利要求2所述的SOFC高效换热系统，其特征在于，还包括水泵和燃料风机，所述水泵用于为所述重整器内的反应提供水分，所述燃料风机用于提供燃料，所述燃料与所述水分在所述重整器内反应产生富氢气体。4.根据权利要求2所述的SOFC高效换热系统，其特征在于，所述换热系统包括电堆阳极换热模块、电堆阴极换热模块和温度均衡模块；所述电堆阳极换热模块包括所述富氢气体入口、阳极换热模块、阳极出口气进气口和阳极出口气出气口；富氢气体从所述富氢气体入口进入至所述阳极换热模块内；阳极出口气从所述阳极出口气进气口进入阳极换热模块内与所述富氢气体进行热交换，所述阳极出口气从所述阳极出口气出气口排出，进行热交换后的富氢气体从富氢气体均衡器入口进入至所述温度均衡模块，并从所述富氢气体出口排出；所述电堆阴极换热模块包括所述空气入口、阴极换热模块、阴极出口气进气口、...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚辉超，隋依言，王秀林，侯海龙，侯建国，张雨晴，周树辉，宋鹏飞，段品佳，穆祥宇，张瑜，
申请(专利权)人：中海石油气电集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：