【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池，具体涉及一种管式固体氧化物碳燃料电池结构及其连续进料方法。
技术介绍
1、随着人类社会的高速发展，世界能源与环境问题日益严重。基于节能减排的目标，开发具有清洁、高效的发电技术成为需要重点突破的技术方向。煤炭作为我国一次能源供给的主要来源，在未来相当长的时期内，仍将在能源结构中占主导地位。然而，现阶段煤炭主要是通过直接燃烧进行能量转化，由于受卡诺循环限制使得其能量转化效率较低，而且直接燃烧过程产生大量的co2、nox、硫化物及粉尘等温室气体和有害物质，给环境带来巨大压力。因此，探索更加高效、清洁的煤炭利用方式成为能源领域的研究热点。
2、燃料电池是一种静态能量转换装置，能将不同燃料的化学能直接转化为电能，反应过程不受卡诺循环限制，能量转化率高，与传统的燃煤发电相比更清洁、更高效。因此，燃料电池作为一种清洁、高效的能量转化装置得到了快速地发展，特别是固体氧化物燃料电池(sofc)由于燃料适应性广、系统能量效率高等备受关注。当以固体碳作为sofc的燃料时，其可认为是固体氧化物碳燃料电池(so-cfc)。由于so-cfc可以利用含碳固体(煤、焦炭、生物质炭等)作为燃料，将固体碳的化学能直接转化为电能，且转化率可达80％，同时燃料来源广泛，碳燃料可直接转化为co2，有利于co2的富集与减排，设备简单、安全性高。所以，固体氧化物碳燃料电池(so-cfc)被认为是煤炭利用的最有前景的发电方式。
3、固体氧化物碳燃料电池具有燃料来源广泛、能量转化效率高、结构集成性好、安全系数高等优点，有望应用在分
4、上述固体氧化物碳燃料电池装置解决了相应的问题，但是，在上述技术中，燃料预先加入到反应室内，在燃料消耗完时不能进行持续的进料，或利用气体带动碳燃料进入阳极，气碳混合物与电池反应温度相差过大，生成的co的效率较低的问题仍然存在。所以，如何避免碳燃料在阳极上堆积，增大碳燃料与co2的接触、提高co的生成效率、扩散以及在电池连续运行过程中，对so-cfc能进行连续送料及将未参与反应的碳燃料进行回收等问题，成为现有技术中需要重点突破的方向。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种管式固体氧化物碳燃料电池结构。该电池结构通过设置向反应单元中送入固体碳燃料的固体碳进料单元、将固体碳燃料送入反应单元中的载气单元、将空气送入反应单元中的空气进料单元，使得气体载体将固体碳燃料持续输送入反应单元中依次进行气化反应和电化学反应，将固体碳转化为电能，解决了固体碳燃料在so-cfc中的连续进料问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种管式固体氧化物碳燃料电池结构，其特征在于，包括载气单元、固体碳进料单元、空气进料单元、反应单元和尾气收集单元；
3、所述载气单元包括载气管道以及并排连接在载气管道上的co气瓶、co2气瓶、n2气瓶和h2气瓶，且各气瓶口对应设置有co阀门、co2阀门、n2阀门和h2阀门，各阀门与载气管道的连接管道上对应设置有co流量计、co2流量计、n2流量计和h2流量计，所述载气管道上设置有总载气阀，总载气阀的后端载气管道上安装有载气预热电炉，且载气管道与反应单元连接；
4、所述固体碳进料单元包括储料罐，储料罐的出口处连接有螺旋进料机，且螺旋进料机与反应单元连接；
5、所述空气进料单元包括空气压缩机，空气压缩机通过进气管道与反应单元连接，所述进气管道上设置有空气流量计，且空气流量计的后端进气管道上安装有空气预热电炉；
6、所述反应单元包括反应区以及设置在反应区周围的管式电炉，所述反应区包括电池堆和分别密封连接在电池堆下部的气化反应管和上部的刚玉连接管；
7、所述气化反应管内安装有进料嘴，气化反应管的底部设置有锥形法兰，且锥形法兰通过连接筒与多孔碳收集器连接，所述载气单元中载气管道与固体碳进料单元中螺旋进料机的出口管道在连接筒内连通，并通过管道与进料嘴连通；所述电池堆的阴极区与空气进料单元的进气管道连通；所述刚玉连接管的上端设置有封头；
8、所述尾气收集单元包括旋风分离器，所述旋风分离器通过管道与封头连接，且旋风分离器底部的出料管道上设置有排料阀，顶部的出气管道与尾气收集器连接，且出气管道与尾气收集器的连接管道上设置有尾气阀门，出气管道的末端设置有安全阀。
9、上述的一种管式固体氧化物碳燃料电池结构，其特征在于，所述电池堆包括多根串联且并排设置的电池管，所述多根电池管的上端和下端分别集成固定在上封板和下封板的安装孔上并贯通。
10、上述的一种管式固体氧化物碳燃料电池结构，其特征在于，所述电池管包括管外壁的阴极层、管内壁的阳极层以及位于阳极层与阴极层之间的电解质，且阴极层与电解质之间设置隔离层。
11、上述的一种管式固体氧化物碳燃料电池结构，其特征在于，所述阴极层的组分为镧锶锰氧化物lsm，所述阳极层的组分为氧化镍-氧化钇稳定氧化锆nio-ysz，所述电解质的组分为氧化钇稳定氧化锆ysz，所述隔离层的组分为氧化镓掺杂氧化铈gdc。
12、上述的一种管式固体氧化物碳燃料电池结构，其特征在于，所述电池堆包括19根电池管，且每根电池管的长度为17cm，总壁厚为700μm，且阴极层的厚度为150μm，阳极层的厚度为500μm，电解质的厚度为40μm～60μm，隔离层的厚度为20μm～30μm。
13、上述的一种管式固体氧化物碳燃料本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种管式固体氧化物碳燃料电池结构，其特征在于，包括载气单元、固体碳进料单元、空气进料单元、反应单元和尾气收集单元；
2.根据权利要求1所述的一种管式固体氧化物碳燃料电池结构，其特征在于，所述电池堆(17)包括多根串联且并排设置的电池管(18-3)，所述多根电池管(18-3)的上端和下端分别集成固定在上封板(18-1)和下封板(18-2)的安装孔上并贯通。
3.根据权利要求1所述的一种管式固体氧化物碳燃料电池结构，其特征在于，所述电池管(13)包括管外壁的阴极层(18-3-1)、管内壁的阳极层(18-3-3)以及位于阳极层(18-3-3)与阴极层(18-3-1)之间的电解质(18-3-2)，且阴极层(18-3-1)与电解质(18-3-2)之间设置隔离层。
4.根据权利要求3所述的一种管式固体氧化物碳燃料电池结构，其特征在于，所述阴极层(18-3-1)的组分为镧锶锰氧化物LSM，所述阳极层(18-3-3)的组分为氧化镍-氧化钇稳定氧化锆NiO-YSZ，所述电解质(18-3-2)的组分为氧化钇稳定氧化锆YSZ，所述隔离层的组分为氧化镓掺杂氧化铈G
5.根据权利要求3所述的一种管式固体氧化物碳燃料电池结构，其特征在于，所述电池堆(17)包括19根电池管(18-3)，且每根电池管(18-3)的长度为17cm，总壁厚为700μm，且阴极层(18-3-1)的厚度为150μm，阳极层(18-3-3)的厚度为500μm，电解质(18-3-2)的厚度为40μm～60μm，隔离层的厚度为20μm～30μm。
6.根据权利要求1所述的一种管式固体氧化物碳燃料电池结构，其特征在于，所述上封板(18-1)和下封板(18-2)上均匀开设有19个直径7mm的安装孔，且上封板(18-1)和下封板(18-2)的边缘处均设置有宽度为5mm的凸形台阶。
7.根据权利要求3所述的一种管式固体氧化物碳燃料电池结构，其特征在于，所述电池堆(17)中采用引导线将各电池管(18-3)依次按照阳极层(18-3-3)至阴极层(18-3-1)的顺序串联，且分别在起始和末尾的电池管(18-3)上引出与外电路连接的阴极引导线和阳极引导线。
8.根据权利要求1所述的一种管式固体氧化物碳燃料电池结构，其特征在于，所述进料嘴(15)为漏斗型。
9.一种如权利要求1～8中任一权利要求所述的管式固体氧化物碳燃料电池结构的连续进料方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤二中所述固体碳粉末燃料为粒径75μm～200μm的天汇利兰炭，且进料量不超过5g/min。
...【技术特征摘要】
1.一种管式固体氧化物碳燃料电池结构，其特征在于，包括载气单元、固体碳进料单元、空气进料单元、反应单元和尾气收集单元；
2.根据权利要求1所述的一种管式固体氧化物碳燃料电池结构，其特征在于，所述电池堆(17)包括多根串联且并排设置的电池管(18-3)，所述多根电池管(18-3)的上端和下端分别集成固定在上封板(18-1)和下封板(18-2)的安装孔上并贯通。
3.根据权利要求1所述的一种管式固体氧化物碳燃料电池结构，其特征在于，所述电池管(13)包括管外壁的阴极层(18-3-1)、管内壁的阳极层(18-3-3)以及位于阳极层(18-3-3)与阴极层(18-3-1)之间的电解质(18-3-2)，且阴极层(18-3-1)与电解质(18-3-2)之间设置隔离层。
4.根据权利要求3所述的一种管式固体氧化物碳燃料电池结构，其特征在于，所述阴极层(18-3-1)的组分为镧锶锰氧化物lsm，所述阳极层(18-3-3)的组分为氧化镍-氧化钇稳定氧化锆nio-ysz，所述电解质(18-3-2)的组分为氧化钇稳定氧化锆ysz，所述隔离层的组分为氧化镓掺杂氧化铈gdc。
5.根据权利要求3所述的一种管式固体氧化物碳燃料电池结构，其特征在于，所述电池堆(17)包括19根电池管(18-3)，且每根电池...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘国阳，周安宁，刘倩，王振平，白世刚，侯志勇，王俊哲，庞青涛，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：
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