一种高效余热回收可逆固体氧化物电池系统技术方案

本发明专利技术属于能源转化技术领域，具体涉及一种高效余热回收可逆固体氧化物电池系统，以解决燃料电池模式下尾气余热

【技术实现步骤摘要】
一种高效余热回收可逆固体氧化物电池系统


[0001]本专利技术属于能源转化
，更具体地，涉及一种高效余热回收可逆固体氧化物电池系统
。

技术介绍

[0002]可逆固体氧化物电池
(RSOC)
是一种固态电化学装置
,
它通常包括固体氧化物电池堆
、
燃料供应系统
、
氧化剂供应系统
、
热管理系统等关键的零部件
。
可逆固体氧化物电池
(RSOC)
可作为固体氧化物燃料电池
(SOFC)
和固体氧化物电解电池
(SOEC)
交替运行
。
[0003]目前，由于可逆固体氧化物电池
(RSOC)
在燃料电池模式下运行期间，常会因内部化学反应
、
电化学反应以及导电材料的电阻热等因素而产生带有余热的尾气
。
而相关技术中，大多将这些带有余热的尾气通过热交换进行简单的一次利用
。
如公开号为
CN105576273A
的专利文献，公开了一种可逆循环绿色能源转换系统及转换方法，该系统余热用于高温蒸汽的发生
。
[0004]然而，尾气在经历简单的一次热交换后，尾气中往往还残余有不少余热；同时，尾气中偶尔还残留有一定未燃烧完全的燃料气体，使得尾气的余热利用率不高，影响整套可逆固体氧化物电池系统的能源利用率，亟需改进
。

技术实现思路

[0005]为了提高尾气的余热利用率，本专利技术提供一种高效余热回收可逆固体氧化物电池系统
。
[0006]本专利技术提供的一种高效余热回收可逆固体氧化物电池系统，采用如下的技术方案：
[0007]一种高效余热回收可逆固体氧化物电池系统，包括电池堆
、
用于向所述电池堆提供燃料气体的供气单元
、
用于接收所述电池堆输出的电能的供电单元
、
用于回收所述电池堆余热的供热单元，所述供热单元包括：后燃室，用于接收并燃烧所述电池堆阳极出口的尾气；第一换热器，用于接收所述后燃室燃烧后的尾气，对接收的尾气进行热交换，以回收尾气中的热量；预热组件，用于接收所述第一换热器热交换后的尾气，使尾气对供气单元输出的燃料气体进行预热
。
[0008]通过采用上述技术方案，在进行燃料电池模式下运行时，供气单元向电池堆提供燃料气体，而后电池堆运行并产生电能，通过供电单元对电池堆产生的电能进行输出
。
而在电池堆的运行过程中，由电池堆阳极出口的尾气通过后燃室接收，并通过后燃室对尾气进行充分燃烧，以实现尾气中残余燃料的充分燃烧释放；而后尾气经第一换热器进行热交换，实现尾气余热的一次回收利用；而后第一回收后的尾气通入预热组件，通过预热组件使尾气对供气单元输出的燃料气体进行预热，从而实现尾气余热的二次利用，有效的提高了尾气的余热利用率
。
[0009]在本可逆固体氧化物电池系统中，由于可逆固体氧化物电池系统呈单元化
、
模块
化设计，使得可逆固体氧化物电池系统具有极好的灵活性
、
可重用性以及可维护性，能够方便研发人员进行可逆固体氧化物电池
(RSOC)
系统零部件的批量化研究
、
并行开发以及电池规模化制备，同时也便于后期测试和调试
。
[0010]作为进一步优选的，所述供电单元包括：
DC/DC
转换器，与所述电池堆的输出端连接，用于输出直流电；
DC/AC
转换器，与所述
DC/DC
转换器的输出端连接，用于输出交流电
。
[0011]通过采用上述技术方案，
DC/DC
转换器实现电压转换，输出的电力可以供给电网，输出直流电；也可以存储于储电设备中，为可逆固体氧化物电池的电解电池模式储存电能
。
而
DC/AC
转换器与
DC/DC
转换器的输出端连接，将直流电转换为交流电，向用户端供给生活用电
。
[0012]作为进一步优选的，所述供气单元包括气罐以及供气件，所述气罐内存储有燃料气体，所述供气件驱使所述气罐中的燃料气体输向所述电池堆
。
[0013]通过采用上述技术方案，设置的供气件驱使气罐中的气体输向电池堆，为电池堆提供充足的燃料气体，保障电池堆的稳定正常运行
。
[0014]作为进一步优选的，还包括抽气件以及吸收式制冷器，所述抽气件用于使所述电池堆处流经冷却气体，所述吸收式制冷器用于回收流经所述电池堆的冷却气体，所述吸收式制冷器回收冷却气体中的热能并输出冷气
。
[0015]通过采用上述技术方案，设置的抽气件使冷却气体流经电堆带走的热量，维持电池堆保持在合理温度内
。
而后吸收式制冷器回收冷却气体中的热能，并依托冷却气体中的热能进行冷气的输出，实现电池堆热能的合理利用
。
[0016]作为进一步优选的，还包括第二换热器以及第一管道，所述第二换热器用于回收所述吸收式制冷器热交换后的冷却气体，所述第一管道与所述第二换热器连接，所述第一管道内流经有常温水，常温水流经所述第二换热器，并吸收热交换后的冷却气体的残留热量
。
[0017]通过采用上述技术方案，由于冷却气体经吸收式制冷器进行热交换后，冷却气体中还含有不少的余热；为此，通过第二换热器对含有余热的冷却气体进行再次热交换，提高常温水的温度，为用户提供温度适宜的生活用水，并实现余热的高效利用
。
[0018]作为进一步优选的，还包括储热水箱，所述储热水箱接收第二换热器中热交换后的水体
。
[0019]通过采用上述技术方案，设置的储热水箱能够对温度较低的生活用水进行临时存储和保温，便于用户随时进行生活用水的使用
。
[0020]作为进一步优选的，所述储热水箱与所述第一换热器的接收端之间连通有第二管道，所述第二管道用于向所述第一换热器输送水体，水体通过所述第一换热器吸收尾气中的热量
。
[0021]通过采用上述技术方案，由于储热水箱中存储有一次加热后的生活用水，而该生活用水又经过第二管道输送至第一换热器处，使得第一换热器在进行电池堆尾气的热交换时，能够通过高温尾气对生活用水进行再次加热，从而为用户提供高温热水，同时实现电池堆尾气余热的合理再次利用，实现尾气利用系统与余热利用系统的结合
。
[0022]作为进一步优选的，所述第二换热器的输出端口连接有供气管，所述第二换热器中被吸热后的冷却气体通过所述供气管流向所述电池堆
。
[0023]通过采用上述技术方案，第二换热器的输出端口排出被吸热后的冷却气体，而后冷却气体流经电池堆进行吸热，吸热后的冷却气体在抽气件的输送下，冷却气体先流经吸收式制冷器，然后再流转入第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高效余热回收可逆固体氧化物电池系统，其特征在于，包括电池堆
(7)、
用于向所述电池堆
(7)
提供燃料气体的供气单元
、
用于输出所述电池堆
(7)
的电能的供电单元
、
用于回收所述电池堆
(7)
余热的供热单元，所述供热单元包括：后燃室
(10)
，用于接收并燃烧所述电池堆
(7)
阳极出口的尾气；第一换热器
(11)
，用于接收所述后燃室
(10)
燃烧后的尾气，对接收的尾气进行热交换，回收尾气中的热量；预热组件，用于接收所述第一换热器
(11)
热交换后的尾气，使尾气对供气单元输出的燃料气体进行预热
。2.
根据权利要求1所述的一种高效余热回收可逆固体氧化物电池系统，其特征在于，所述供电单元包括：
DC/DC
转换器
(8)
，与所述电池堆
(7)
的输出端连接，用于输出直流电；
DC/AC
转换器
(9)
，与所述
DC/DC
转换器
(8)
的输出端连接，用于输出交流电
。3.
根据权利要求1所述的一种高效余热回收可逆固体氧化物电池系统，其特征在于，所述供气单元包括气罐以及供气件，所述气罐内存储有燃料气体，所述供气件驱使所述气罐中的燃料气体输向所述电池堆
(7)。4.
根据权利要求1所述的一种高效余热回收可逆固体氧化物电池系统，其特征在于，还包括抽气件
(12)
以及吸收式制冷器
(13)
，所述抽气件
(12)
用于驱使所述电池堆
(7)
处流经冷却气体，所述吸收式制冷器
(13)
用于回收流经所述电池堆
(7)
的冷却气体，所述吸收式制冷器
(13)
回收冷却气体中的热能并输出冷气
。5.
根据权利要求4所述的一种高效余热回收可逆固体氧化物电池系统，其特征在于，还包括第二换热器
(14)

【专利技术属性】
技术研发人员：雷金勇，黄旭锐，杨怡萍，潘军，杨瑛，于丰源，廖梓豪，唐渊，区定容，涂正凯，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司广州供电局，
类型：发明
国别省市：