一种SOFC电堆及其启动和关闭的方法技术

本发明专利技术提供了一种SOFC电堆及其启动和关闭的方法，包括，加热模块、堆芯、重整模块、尾气处理模块、冷却模块和保温模块；加热模块用于加热堆芯和阴极气体；阴极气体被送入堆芯，进行阴极反应；堆芯中进行电化学反应，向外输出电能；电化学反应包括阴极反应和阳极反应；阴极反应后产生阴极尾气，阴极尾气为重整模块供热；重整模块用于将重整燃料气化重整为富氢气体；富氢气体被送入堆芯，进行阳极反应；尾气处理模块用于处理阴极尾气和阳极尾气，并向外供热；冷却模块用于冷却堆芯的冷端；保温模块用于防止电堆内的热量散失；提高了SOFC电堆的加热效率，增强了保温力度。增强了保温力度。增强了保温力度。

【技术实现步骤摘要】
一种SOFC电堆及其启动和关闭的方法


[0001]本专利技术涉及电堆
，具体而言，涉及一种SOFC电堆及其启动和关闭的方法。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种无需经过燃烧过程直接将燃料的化学能转化为电能的高效、清洁发电技术，整个发电过程无污染、零排放、发电效率高等优点。高温固体氧化物燃料电池(SOFC)工作温度在600℃～1000℃，燃料来源多元化、发电效率高、热品质高，适用于多种应用场景。SOFC电池工作温度在600℃～1000℃,在工作前需要对其进行加热。目前，SOFC燃料电池电堆加热是通过加热阴极气体和阳极气体，过热的阴极气体和阳极气体通入电堆对其进行预热升温，经过电堆后的阴阳极气体燃烧放热再对阴阳极气体和系统其他部件进行加热。这种加热方式，加热效率低，系统结构复杂，保温难度大。其次，SOFC电堆各个部件布置松散，通过管道连接会造成热量大量散失，装配难度大等。
[0003]有鉴于此，本说明书提出了一种SOFC电堆及其启动和关闭的方法，以提高SOFC电堆的加热效率，使电堆的结构更简单，增强保温力度，使用高度集成化的模块，简化装配难度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种SOFC电堆，包括，加热模块、堆芯、重整模块、尾气处理模块、冷却模块和保温模块；所述加热模块用于加热所述堆芯和阴极气体；所述阴极气体被送入所述堆芯，进行阴极反应；所述堆芯中进行电化学反应，向外输出电能；所述电化学反应包括所述阴极反应和阳极反应；所述阴极反应后产生阴极尾气，所述阴极尾气为所述重整模块供热；所述重整模块用于将重整燃料气化重整为富氢气体；所述富氢气体被送入所述堆芯，进行阳极反应；所述尾气处理模块用于处理所述阴极尾气和阳极尾气，并向外供热；所述冷却模块用于冷却所述堆芯的冷端；所述保温模块用于防止所述电堆内的热量散失。
[0005]进一步的，所述加热模块包括加热单元、加热块、导热块和空气预热单元；所述加热单元用于产生热量；所述加热块设置在所述加热单元和所述堆芯之间，以均匀加热所述堆芯；所述导热块用于将所述加热块的热量传导给所述堆芯；所述空气预热单元用于加热所述阴极气体。
[0006]进一步的，所述空气预热单元包括空气预热子单元和空气分配子单元；所述空气预热子单元设置在所述加热单元和所述加热块之间，用于利用所述加热单元产生的热量加热所述阴极气体；所述空气分配子单元用于将加热后的阴极气体分配到所述堆芯。
[0007]进一步的，所述加热单元为红外燃烧加热炉或电加热器。
[0008]进一步的，所述尾气处理模块包括尾气处理单元、电堆阳极尾气脱水单元、电堆阴极尾气进口、电堆阳极尾气进口、尾气处理出口和热量回收单元；所述电堆阳极尾气进口用于将阳极尾气送入所述电堆阳极尾气脱水单元；所述电堆阳极尾气脱水单元用于脱水所述
阳极尾气，并将脱水后的阳极尾气送入所述尾气处理单元，所述电堆阳极尾气脱水单元与所述尾气处理单元之间设置有止回阀；所述电堆阴极尾气进口用于将所述阴极尾气送入所述尾气处理单元；所述尾气处理单元用于供脱水后的阳极尾气和所述阴极尾气进行反应放热；所述尾气出口用于将脱水后的阳极尾气和所述阴极尾气反应后生成的尾气排出；热量回收单元用于回收脱水后的阳极尾气和所述阴极尾气反应生成的热量，并向外供热。
[0009]进一步的，所述冷却模块为冷却块和/或冷却通道；所述冷却块设置在所述堆芯的栅板上下两端；所述冷却通道设置在所述堆芯的栅板中间。
[0010]进一步的，还包括壳体，所述加热模块、所述堆芯、所述重整器、所述尾气处理模块和所述冷却模块设置在所述壳体内部，在各模块和所述壳体的内表面之间设置保温材料。
[0011]进一步的，所述重整模块设置在所述电堆内部或外部；包括重整燃料气化单元和重整器；所述重整燃料气化单元用于将液体的重整燃料气化；所述重整器用于将气化后的重整燃料重整为富氢气体。
[0012]本专利技术的目的在于提供一种启动SOFC电堆的方法，所述方法应用上述任一项所述的SOFC电堆，包括，开启燃烧风机吹扫加热模块；当吹扫预设吹扫时间后，开启加热燃料开关阀添加加热燃料，并进行自动点火；判断点火是否成功；若点火成功，则调节燃烧参数，并判断加热参数是否在预设加热温度范围内；若加热参数在预设加热温度范围内，则维持所述加热参数，并对加热模块的燃烧状态进行监测，并判断是否熄火；若熄火，则判断其他部件是否开启；若其他部件均开启，则执行急停或一键关机命令；若其他部件有未开启的，则关闭加热燃料开关阀和所述燃烧风机，并进行报警提示；若未熄火，则维持所述燃烧参数，所述维持燃烧参数包括冷端温度、重整器温度、电堆温度和热水器温度；判断所述冷端温度是否大于等于冷端温度最大值；若是，使用预设温度范围的冷却水为冷端进行降温；判断所述重整器温度是否大于等于重整器温度最小值；若是，则开启重整燃料泵，将重整器温度上升至预设重整温度范围，并使重整器温度维持在所述预设重整范围内；判断所述电堆温度是否大于等于电堆温度最小值；若是，则开启阴极风机，将电堆温度升高至预设电堆温度范围，并使所述电堆温度维持在所述预设电堆温度范围内；判断所述热水器温度是否大于等于热水器温度的最小值；若是，则开启热水进水开关；若加热参数不在预设加热温度范围内，则调节所述燃烧风机和所述加热燃料的进量；若点火不成功，则重复点火，并判断点火状态；若所述点火状态显示点火成功，则调节燃烧参数并执行后续步骤；若所述点火状态显示点火未成功，则关闭所述加热燃料开关阀和所述燃烧风机，并进行报警提示。
[0013]进一步的，所述执行急停或一键关机命令，包括，逐步递减重整燃料、阴极风机和燃烧风机至各自预设值，并关闭热水器进水开关；判断冷却水出口的温度是否小于等于预设停机冷却温度、判断电堆温度是否小于等于预设电堆停机温度和判断重整器温度是否在预设停机重整温度范围内；若均是，则关闭加热燃料开关阀、关闭循环泵、关闭散热风机、关闭加热风机和关闭重整燃料泵。
[0014]本专利技术实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
[0015]本说明书中的一些实施例的电堆部件之间模块化连接，高度集成在一起辅以保温材料置于壳体当中，减小了电堆部件散热途径，提高了电池的综合利用效率。
[0016]本说明书中的一些实施例通过模块化部件，提高了电堆部件的互换性和标准化，减小了电堆运行的维护成本。
[0017]本说明书中的一些实施例通过将红外节能燃烧器和/或电加热器设置于堆芯下方，通过加热块和导热块将热量迅速传至堆芯核心反应区域，通过阴极风机使高温空气辅助加热和平衡电堆反应温度，使电堆核心反应温度分布均匀，燃烧更充分。
附图说明
[0018]图1为本专利技术一些实施例提供的一种SOFC电堆的示例性模块图；
[0019]图2为本专利技术一些实施例提供的SOFC电堆的壳体的示例性示意图；
[0020]图3为本专利技术一些实施例提供的启动SOFC电堆的示例性流程图；
[0021]图4为本专利技术一些实施例提供的急停或一键关机SOFC电堆的示例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SOFC电堆，其特征在于，包括，加热模块、堆芯、重整模块、尾气处理模块、冷却模块和保温模块；所述加热模块用于加热所述堆芯和阴极气体；所述阴极气体被送入所述堆芯，进行阴极反应；所述堆芯中进行电化学反应，向外输出电能；所述电化学反应包括所述阴极反应和阳极反应；所述阴极反应后产生阴极尾气，所述阴极尾气为所述重整模块供热；所述重整模块用于将重整燃料气化重整为富氢气体；所述富氢气体被送入所述堆芯，进行阳极反应；所述尾气处理模块用于处理所述阴极尾气和阳极尾气，并向外供热；所述冷却模块用于冷却所述堆芯的冷端；所述保温模块用于防止所述电堆内的热量散失。2.根据权利要求1所述的SOFC电堆，其特征在于，所述加热模块包括加热单元、加热块、导热块和空气预热单元；所述加热单元用于产生热量；所述加热块设置在所述加热单元和所述堆芯之间，以均匀加热所述堆芯；所述导热块用于将所述加热块的热量传导给所述堆芯；所述空气预热单元用于加热所述阴极气体。3.根据权利要求2所述的SOFC电堆，其特征在于，所述空气预热单元包括空气预热子单元和空气分配子单元；所述空气预热子单元设置在所述加热单元和所述加热块之间，用于利用所述加热单元产生的热量加热所述阴极气体；所述空气分配子单元用于将加热后的阴极气体分配到所述堆芯。4.根据权利要求2所述的SOFC电堆，其特征在于，所述加热单元为红外燃烧加热炉或电加热器。5.根据权利要求1所述的SOFC电堆，其特征在于，所述尾气处理模块包括尾气处理单元、电堆阳极尾气脱水单元、电堆阴极尾气进口、电堆阳极尾气进口、尾气处理出口和热量回收单元；所述电堆阳极尾气进口用于将阳极尾气送入所述电堆阳极尾气脱水单元；所述电堆阳极尾气脱水单元用于脱水所述阳极尾气，并将脱水后的阳极尾气送入所述尾气处理单元，所述电堆阳极尾气脱水单元与所述尾气处理单元之间设置有止回阀；所述电堆阴极尾气进口用于将所述阴极尾气送入所述尾气处理单元；所述尾气处理单元用于供脱水后的阳极尾气和所述阴极尾气进行反应放热；所述尾气出口用于将脱水后的阳极尾气和所述阴极尾气反应后生成的尾气排出；热量回收单元用于回收脱水后的阳极尾气和所述阴极尾气反应生成的热量，并向外供热。6.根据权利要求1所述的SOFC电堆，其特征在于，所述冷却模块为冷却块和/或冷却通道；所述冷却块设置在所述堆芯的栅板上下两端；所述冷却通道设置在所述堆芯的栅板中间。
7.根据权利要求1所述的SOFC电堆，其特征在于，还包括壳体，所述加热模块、所述堆芯、...

【专利技术属性】
技术研发人员：武洪松，张桂敏，胡强，吕佳，吴剑，
申请(专利权)人：浙江臻泰能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：