[发明专利]燃料电池系统的模块化设备

说明书

一种燃料电池系统的模块化设备，包括启动燃烧器、重整器、后燃器以及热交换器。启动燃烧器、重整器、后燃器与热交换器均设置于一个腔体内。重整器环绕启动燃烧器，后燃器则位于启动燃烧器上方并环绕重整器。热交换器则环绕所述后燃器与所述重整器。

技术领域

本发明是有关于一种燃料电池(Fuel cell)技术，且特别是有关于一种燃料电池系统的模块化设备。

背景技术

燃料电池是继水力、火力、核能发电技术后的第四类新型发电技术，主要通过氧或其他氧化剂进行氧化还原反应，把燃料中的化学能转换成电能的发电装置。最常见的燃料为氢，其他燃料来源来自于任何的能分解出氢气的碳氢化合物，例如天然气、醇类和甲烷等。由于不受卡诺循环的限制，燃料电池的理论效率达80％以上，实际效率可达50％～60％。

固态氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)是一种利用固态陶瓷材料做为电解质的燃料电池技术。整个系统的运转温度介在800℃～1000℃之间，属于高温型燃料电池，因此具有很好的燃料选择的灵活性，可选择的燃料包括甲烷、天然气、城市煤气、生物质、柴油以及其它碳氢化合物。当碳氢化合物燃料送入系统时，会先对其进料进行重整处理，产生氢气、一氧化碳、二氧化碳和水蒸气的重整混合气，其中的氢气与阴极侧的氧气发生电化学反应产生电能。因此具有高效率、适用燃料多样化与不需使用贵金属做催化剂等优点，同时运转时的高温也可应用于增加发电效率或热源供应，具有极高的余热价值。

然而，由于固态氧化物燃料电池系统运转温度极高，在高温环境条件下需依赖电子式气体加热器来供应，但加热器属于高耗能装置，因此以此种方式来提供电池运转热源会降低系统效率。其次，因固态氧化物燃料电池系统复杂，组件间连接许多管路，容易造成管路的热损降低系统效率。再者，系统运转时产生的高温余热若无有效再利用，会平白增加耗能而不利于环保。

发明内容

本发明提供一种燃料电池系统的模块化设备，可使设备内部温度分布均匀，并能有效控制重整器与热交换器的热源，进而确保电池堆(stack)温度，可减少电池堆热循环(Thermal cycle)次数，达到系统简化、安全、稳定与高效率的功效。

本发明的燃料电池系统的模块化设备设置于腔体内，所述燃料电池系统的模块化设备包括启动燃烧器、重整器(reformer)、后燃器以及热交换器。启动燃烧器、重整器、后燃器与热交换器均设置于腔体内。重整器环绕启动燃烧器，后燃器则设置于启动燃烧器上方并环绕重整器。至于热交换器则环绕所述后燃器与所述重整器。

基于上述，本发明通过模块化设计，使启动燃烧器、重整器、后燃器与热交换器均设置于单一腔体内，因此无需使用高耗能的组件与装置，即可达到降低热损失、有效利用高温余热与实时控温等功效。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明的实施例的一种燃料电池系统的模块化设备的示意图。

图2是依照本发明的实施例的一种启动燃烧器的立体示意图。

图3是依照本发明的实施例的一种重整器的立体示意图。

图4A是依照本发明的实施例的一种后燃器的立体示意图。

图4B是图4A的后燃器中的燃料分散室的俯视图。

图5是依照本发明的实施例的一种热交换器的立体示意图。

其中，附图标记为：

100：腔体 102：启动燃烧器

102a：内管 102b：外管