一种燃料电池系统及快速启动方法技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池系统及快速启动方法，涉及燃料电池技术领域。燃料电池系统中，第一燃油泵用于输入系统燃料并通过管道与启动燃烧器连接，启动燃烧器同时接入第二空气支路的输出管路输入的冷空气，启动燃烧器的输出管路与第一换热器连接，第一换热器用于加热一路第三空气支路输入的冷空气，并将加热后的冷空气接入SOFC电堆的阴极入口，SOFC电堆的阴极出口连接尾气燃烧器。本发明专利技术通过设置启动燃烧器和第一换热器装置，不需要提供额外电能加热系统，利用系统燃料既可以实现燃料电池系统SOFC电堆的预热，解决了现有燃料电池系统启动速度慢，启动能耗高的问题。启动能耗高的问题。启动能耗高的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池系统及快速启动方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，更具体的说是涉及一种燃料电池系统及快速启动方法。

技术介绍

[0002]固体氧化物燃料电池(SOFC)电堆升温启动的方式，主要有两种：第一种方式为电炉加热，即在炉膛内先将外表面加热至工作所需温度，通过热传导将整个电堆加热至工作温度，此方法启动时间慢，且内外温差大，容易导致由燃料电池各部件热膨胀系数不同引起的部件之间的连接破坏。第二种方式为直接加热阳极侧的还原性气体或阴极测的氧化性气体进行预热。
[0003]SOFC系统一般需要在中高温下(600
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800℃)工作，因此启动时间比较长(一般在30分钟以上)。其中机械强度好，热循环性能高，易于组装和管理的阴极支撑管式固体氧化物燃料电池由于支撑管管壁较厚，启动时间更长，一般达数小时，严重影响了其实际应用，尤其将其作为备用电源时，启动时间慢是其重要的障碍。因此，将SOFC系统启动时间缩短一直是研究的重点内容之一。
[0004]现有技术通过结构设计可以加快启动时间，但其规模化应用困难。采用金属支撑方式同样可以加快启动时间，但其制备工艺困难，成本高。固体氧化物燃料电池自身材料包括锰酸锶镧基电极材料、氧化钇稳定氧化锆电解质材料或铬酸镧基连接体材料等。现有技术是通过电加热再通过换热或者热辐射使物体升温，传热效率低下，升温及启动时间长。
[0005]因此，如何解决燃料电池系统启动速度慢，启动能耗高的问题是本领域技术人员亟需的。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种燃料电池系统及快速启动方法，用以解决现有技术中的缺陷，能够相对迅速的将固体氧化物燃料电池的电堆加热到合适的工作温度，同时还可以对重整器进行预热，使重整器快速达到重整工作温度。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术一方面公开了一种燃料电池系统，包括：
[0009]第一燃油泵、启动燃烧器、第一换热器、重整器、SOFC电堆、再循环压缩机、第一混合器、尾气燃烧器、第二换热器和空气进气系统；
[0010]所述空气进气系统用于提供冷空气，所述空气进气系统的输出管路包括第一空气支路、第二空气支路和第三空气支路，所述第三空气支路分为两路；
[0011]所述SOFC电堆的阳极出口同时连接所述再循环压缩机和所述尾气燃烧器，
[0012]所述再循环压缩机的输出管路与所述第一空气支路的输出管路同时接入第一混合器，所述第一混合器的输出管路与所述重整器连接，所述重整器同时接入系统燃料输入管路，所述重整器的输出管路接入所述SOFC电堆的阳极入口，
[0013]所述尾气燃烧器同时接入所述第三空气支路的输出管路，所述尾气燃烧器的输出管路与所述第二换热器连接，所述第二换热器用于加热一路第三空气支路输入的冷空气，并将加热后的冷空气接入SOFC电堆的阴极入口；
[0014]所述第一燃油泵用于输入系统燃料并通过管道与启动燃烧器连接，所述启动燃烧器同时接入所述第二空气支路的输出管路，所述启动燃烧器的输出管路与所述第一换热器连接，所述第一换热器用于加热另一路第三空气支路输入的冷空气，并将加热后的冷空气接入SOFC电堆的阴极入口，所述SOFC电堆的阴极出口连接所述尾气燃烧器。
[0015]优选的，所述空气进气系统包括空气压缩机，和与所述空气压缩机连接的空气分气装置。
[0016]优选的，所述第一空气支路、第二空气支路和第三空气支路的输出管路上，均配置有电磁阀和流量计。
[0017]优选的，所述第二空气支路的输出管路输出的冷空气作为系统燃料燃烧所需的空气。
[0018]优选的，所述第一换热器还通过输出管路与所述重整器连接。
[0019]优选的，所述第一燃油泵中输入的系统燃料，包括柴油。
[0020]本专利技术另一方面公开了一种燃料电池系统快速启动方法，包括以下步骤：
[0021]将系统燃料和冷空气同时输入启动燃烧器进行燃烧；
[0022]将启动燃烧器燃烧产生的高温尾气输入第一换热器，通过第一换热器对输入的冷空气进行加热；
[0023]加热后的冷空气通入SOFC电堆的阴极入口，实现快速对SOFC电堆的预热。
[0024]优选的，上述方法还包括，
[0025]所述第一换热器加热后的冷空气通入重整器，实现对重整器内催化反应区的预热。
[0026]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种一种燃料电池系统及快速启动方法，具有以下有益效果：
[0027]本专利技术通过设置启动燃烧器和第一换热器装置，直接燃烧系统燃料迅速产生高温气体，不需要提供额外电能加热系统，利用系统燃料即可实现燃料电池系统SOFC电堆的预热，解决了现有燃料电池系统采用电加热预热方式时启动速度慢，启动能耗高的问题。
[0028]本专利技术设置的启动燃烧器不仅在系统启动过程中可以使用，在SOFC电堆或者系统温度降低波动时，还可通过启动燃烧器补燃作用，维持燃料电池系统的温度在合理范围内，保障燃料电池系统的安全稳定运行。
[0029]本专利技术利用空气分气装置，实现系统内多个组件的空气供应需求，降低了系统的复杂程度。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0031]图1附图为本专利技术提供的结构示意图；
[0032]图中，1
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空气压缩机；2
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再循环压缩机；3
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第二燃油泵、4
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第一燃油泵；5
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重整器；6
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SOFC电堆；601
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SOFC电堆阳极；602
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SOFC电堆阴极；7
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尾气燃烧器；8
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启动燃烧器；9
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空气分气装置；10、11
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可调电磁阀；12、13、14、15
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质量流量计；16
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第一混合器；17
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第二混合器；18
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第三混合器；19
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第四混合器、20
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第五混合器；21
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第二换热器；22
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第一换热器；23
‑
第三换热器。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：第一燃油泵(4)、启动燃烧器(8)、第一换热器(22)、重整器(5)、SOFC电堆(6)、再循环压缩机(2)、第一混合器(16)、尾气燃烧器(7)、第二换热器(21)和空气进气系统(100)；所述空气进气系统(100)用于提供冷空气，所述空气进气系统的输出管路包括第一空气支路、第二空气支路和第三空气支路，所述第三空气支路分为两路；SOFC电堆的阳极(601)出口同时连接所述再循环压缩机(2)和所述尾气燃烧器(7)，所述再循环压缩机(2)的输出管路与所述第一空气支路的输出管路同时接入第一混合器(16)，所述第一混合器(16)的输出管路与所述重整器(5)连接，所述重整器(5)同时接入系统燃料输入管路，所述重整器(5)的输出管路接入SOFC电堆的阳极(601)入口，所述尾气燃烧器(7)的输出管路与所述第二换热器(21)连接，所述第二换热器(21)用于加热一路第三空气支路输入的冷空气，并将加热后的冷空气接入SOFC电堆的阴极(602)入口；所述第一燃油泵(4)用于输入系统燃料并通过管道与启动燃烧器(8)连接，所述启动燃烧器(8)同时接入所述第二空气支路的输出管路，所述启动燃烧器(8)的输出管路与所述第一换热器(22)连接，所述第一换热器(22)用于加热另一路第三空气支路输入的冷空气，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖长江，雷宪章，张安安，
申请(专利权)人：成都岷山绿氢能源有限公司，
类型：发明
国别省市：