[发明专利]固体氧化物燃料电池系统及其启动方法

说明书

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池系统及其启动方法，固体氧化物燃料电池系统的启动方法包括步骤：加热空气；加热燃料；使加热后的空气和燃料进入电堆，完成预热；其中，所述步骤：加热燃料，具体包括步骤：采用第一加热器对燃料进行加热，所述第一加热器与燃料重整器串联；和/或，所述步骤：加热空气，具体包括步骤：采用第二加热器对空气进行加热，所述第二加热器与空气加热器串联。本发明公开的固体氧化物燃料电池系统的启动方法，能够提高燃料和/或空气的升温速度，从而能够提高电堆的预热速度，进而缩短了固体氧化物燃料电池系统的启动时间。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域，更具体地说，涉及一种固体氧化物燃料电池系统及其启动方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池，是一种在中高温条件下将燃料中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的全固态化学发电装置。如图1所示，固体氧化物燃料电池系统主要包括：空气加热器、燃料重整器、电堆和尾气燃烧器，其中，电堆通常包括几个乃至十几个电堆单元，每个电堆单元需要分别提供燃料电池反应需要的空气和燃料。

由于固体氧化物燃料电池属于中高温燃料电池，电堆运行温度高达600℃-1000℃，则空气和燃料进入电堆前均需要加热。空气在空气加热器中被加热升温，进入每个电堆单元的阴极；燃料则在燃料重整器中被加热重整，天然气在高温下被重整成H₂和CO等，而后进入每个电堆单元阳极。

固体氧化物燃料电池系统在冷启动时，电堆需要加热至600℃-1000℃，系统才能正常工作，此时通常在尾气燃烧器中喷入燃料，燃料催化燃烧放热，释放出的热量对空气和燃料进行加热，即空气加热、燃料加热重整所需要的能量来自尾气燃烧器产生的高温排气，升温后的空气和燃料则继续对电堆进行加热，从而逐步提高电堆的温度，直到电堆温度升至正常高温反应温度。

由于空气加热、燃料加热重整所需要的能量来自尾气燃烧器产生的高温排气，导致空气和燃料的温度提升较慢，电堆的预热较慢，使得整个固体氧化物燃料电池系统的启动时间较长，可长达数小时。而固体氧化物燃料电池系统长达数小时的启动时间是其应用推广的一个关键难点，严重制约了固体氧化物燃料电池系统在车用领域的应用。

另外，固体氧化物燃料电池系统需要燃料喷射、点火及控制装置，使得整个系统较复杂，而且，燃料燃烧不可避免地会产生一些有害气体排放，较难满足清洁环保的需求。

另外，固体氧化物燃料电池包括多个电堆单元，每个电堆单元又由上百片电池单元组成，电堆整体质量较大，电堆材质也是热容较大的材质，例如陶瓷和金属等，导致电堆的热容较大，升温速度较慢。

综上所述，如何启动固体氧化物燃料电池系统，以缩短启动时间，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种固体氧化物燃料电池系统的启动方法，以缩短启动时间。本发明的另一目的是提供一种固体氧化物燃料电池系统。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种固体氧化物燃料电池系统的启动方法，包括步骤：

加热空气；

加热燃料；

使加热后的空气和燃料进入电堆，完成预热；

其中，所述步骤：加热燃料，具体包括步骤：采用第一加热器对燃料进行加热，所述第一加热器与燃料重整器串联；

和/或，所述步骤：加热空气，具体包括步骤：采用第二加热器对空气进行加热，所述第二加热器与空气加热器串联。

优选地，所述步骤：采用第一加热器对燃料进行加热，具体为：采用第一加热器对经过所述燃料重整器的燃料进行加热；

所述步骤：采用第二加热器对空气进行加热，具体为：采用第二加热器对经过所述空气加热器的空气进行加热。