固体氧化物燃料电池系统的制作方法

本技术主要涉及固体氧化物燃料电池，且更特别地，本技术涉及以天然气为原料的固体氧化物燃料电池系统。

背景技术：

1、固体氧化物燃料电池(sofc)系统中，氧化流通过燃料电池的阴极侧，而燃料流通过燃料电池的阳极侧。氧化流通常为空气，而燃料流通常是通过对烃燃料源进行重整而产生的富氢气体。在介于750℃与950℃之间的典型温度下运行的燃料电池使得能够将带负电的氧离子从阴极流物质流输运至阳极流物质流，其中该离子与游离氢或者与烃分子中的氢相结合而形成水蒸气和/或与一氧化碳相结合而形成二氧化碳。来自带负电的离子的过多电子通过在阳极与阴极之间闭合的电路而沿规定路线返回燃料电池的阴极侧，从而导致产生流动通过电路的电流。

2、常见的烃燃料源如天然气，天然气和水蒸汽在重整器中重整反应生成含h2和co的转化气。重整反应的反应温度高，所需热量常由燃烧器产生的烟气提供，通常情况下，重整器与燃烧器布置在同一个装置中。由于重整器体积较大且造价高，若采用重整器为固体氧化物燃料电池(sofc)系统提供阳极流物质流，则整个固体氧化物燃料电池(sofc)系统的占地面积大、造价高。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种占地面积小且造价低的固体氧化物燃料电池系统。

2、本实用新型提供的固体氧化物燃料电池系统包括燃料电池堆、预转化器和燃烧换热模块。燃料电池堆包括阴极室和阳极室。预转化器适于将原料混合气重整成含氢的反应产物，且该含氢的反应产物适于供应给燃料电池堆的阳极室。燃烧换热模块包括燃烧装置和换热模块组件，燃烧装置产生的烟气适于为换热模块组件提供热量。换热模块组件包括第一换热模块和第二换热模块，其中，第一换热模块适于将烟气的热量传递给要被供应给预转化器的原料混合气，第二换热模块适于将烟气的热量传递给要被供应给阳极室的含氢的反应产物。

3、在一些实施例中，原料混合气为天然气和水蒸气的混合气。固体氧化物燃料电池系统包括脱硫单元，该脱硫单元适于对天然气进行脱硫处理。原料混合气具体为水蒸气和经脱硫处理的天然气的混合气。在一些实施例中，换热模块组件还包括第三换热模块，第三换热模块适于将烟气的热量传递给要被供应给脱硫单元的天然气。更具体地，换热模块组件包括热箱，热箱的一端设有烟气入口，热箱的另一端设有烟气出口，第一换热模块、第二换热模块和第三换热模块被构造成适于被容纳在热箱的盘管。优选地，第二换热模块、第一换热模块、第三换热模块沿烟气的流动方向依次布置于热箱中。

4、在一些实施例中，固体氧化物燃料电池系统还包括天然气预热器。天然气预热器适于将热量从阳极室排出的阳极排出物传递给要被供应给第三换热模块的天然气。

5、在一些实施例中，原料混合气为天然气和水蒸气的混合气，燃烧换热模块还包括蒸汽发生器，蒸汽发生器适于将烟气的热量传递给脱盐水以产生水蒸气。

6、在一些实施例中，固体氧化物燃料电池系统还包括第一空气预热器，第一空气预热器适于将烟气的热量传递给空气，经第一空气预热器预热后的至少一部分空气供应给燃料电池堆的阴极室。在一些实施例中，第一空气预热器预热后的一部分空气供应给燃料电池堆的阴极室，经第一空气预热器预热后的另一部分空气供应给燃烧装置。进一步地，固体氧化物燃料电池系统还包括第二空气预热器，供应给燃料电池堆的空气依次经过第一空气预热器和第二空气预热器，第二空气预热器适于将热量从阴极室的阴极排出物传递给要被供应给阴极室的空气。

7、本实用新型的特点及优点包括：

8、本实用新型提供的固体氧化物燃料电池系统，预转化器独立设置于燃烧换热模块之外，预转化器内容纳有预转化催化剂，该预转化催化剂适于将原料混合气重整成包含氢的反应产物，且该含氢的反应产物适于供应给燃料电池堆。燃烧换热模块的换热模块组件包括第一换热模块和第二换热模块，其中，第一换热模块适于将烟气的热量传递给要被供应给预转化器的原料混合气，第二换热模块适于将烟气的热量传递给要被供应给燃料电池堆的含氢的反应产物。该预转化器和燃烧换热模块体积较小且造价低，有利于固体氧化物燃料电池系统的模块化设计及生产制造。

技术特征：

1.一种固体氧化物燃料电池系统，其特征在于，所述系统包括：

2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池系统，其特征在于，所述系统还包括脱硫单元，所述脱硫单元适于对天然气进行脱硫处理，所述原料混合气为水蒸气和经所述脱硫处理的天然气的混合气。

3.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池系统，其特征在于，所述换热模块组件还包括第三换热模块，所述第三换热模块适于将烟气的热量传递给要被供应给所述脱硫单元的天然气。

4.根据权利要求3所述的固体氧化物燃料电池系统，其特征在于，所述换热模块组件包括热箱，所述热箱的一端设有烟气入口，所述热箱的另一端设有烟气出口，所述第一换热模块、所述第二换热模块和所述第三换热模块被构造成适于被容纳在所述热箱的盘管。

5.根据权利要求4所述的固体氧化物燃料电池系统，其特征在于，所述第二换热模块、所述第一换热模块、所述第三换热模块沿烟气的流动方向依次布置于所述热箱中。

6.根据权利要求3所述的固体氧化物燃料电池系统，其特征在于，所述系统还包括天然气预热器，所述天然气预热器适于将热量从所述阳极室排出的阳极排出物传递给要被供应给所述第三换热模块的天然气。

7.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池系统，其特征在于，所述原料混合气为天然气和水蒸气的混合气，所述燃烧换热模块还包括蒸汽发生器，所述蒸汽发生器适于将烟气的热量传递给脱盐水以产生所述水蒸气。

8.根据权利要求1～7任一项所述的固体氧化物燃料电池系统，其特征在于，所述系统包括第一空气预热器，所述第一空气预热器适于将烟气的热量传递给空气，经所述第一空气预热器预热后的至少一部分空气供应给所述燃料电池堆的阴极室。

9.根据权利要求8所述的固体氧化物燃料电池系统，其特征在于，经所述第一空气预热器预热后的一部分空气供应给所述燃料电池堆的阴极室，经所述第一空气预热器预热后的另一部分空气供应给所述燃烧装置。

10.根据权利要求8所述的固体氧化物燃料电池系统，其特征在于，所述系统还包括第二空气预热器，供应给所述阴极室的空气依次经过所述第一空气预热器和所述第二空气预热器，所述第二空气预热器适于将热量从所述阴极室的阴极排出物传递给要被供应给所述阴极室的空气。

技术总结
本技术涉及固体氧化物燃料电池系统，该系统包括燃料电池堆、预转化器和燃烧换热模块。燃料电池堆包括阴极室和阳极室。预转化器适于将原料混合气重整成包含氢的反应产物，且该含氢的反应产物适于供应给燃料电池堆的阳极室。燃烧换热模块包括燃烧装置和换热模块组件，燃烧装置产生的烟气适于为换热模块组件提供热量。换热模块组件包括第一换热模块和第二换热模块，其中，第一换热模块适于将烟气的热量传递给要被供应给预转化器的原料混合气，第二换热模块适于将烟气的热量传递给要被供应给阳极室的含氢的反应产物。该预转化器和燃烧换热模块体积较小且造价低，有利于固体氧化物燃料电池系统的模块化设计及生产制造。

技术研发人员：张维,杨帆,初凤光,郑蕾
受保护的技术使用者：上海亿维工业科技股份有限公司
技术研发日：20221230
技术公布日：2024/1/12