[发明专利]一种固体氧化物燃料电池电堆的加热启动方法与加热装置

说明书

本发明提供一种固体氧化物燃料电池电堆的加热启动方法与加热装置。该方法是将燃料气与空气进行预热后通入电堆内部实现加热电堆的目的，解决了使用电热炉加热电堆使电堆内外受热不均衡的问题，并且预热后的燃料气与空气直接通入电堆内部的三相界反应区域，因此加热效率高、受热均衡，使电堆具有良好、稳定可调控的电输出性能。

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池电堆的加热启动方法与加热装置。

背景技术

固体氧化物燃料电池作为一种清洁、高效的新型能源发电装置，其开发利用对于当今的环境问题和能源问题的解决有重大意义。

由于固体氧化物燃料电池中电堆工作温度较高，电堆从室温到工作所需温度需要一个预热启动过程，当前相关技术主要通过将电堆置于电热炉加热，该加热方式主要是通过炉膛辐射热量将热量辐射到电池外表面，然后通过热传导将热量传递至电池内部，经过一系列辐射传导过程后电堆内部的如图1所示的三相界面反应区域才可能达到所需要的温度，所述三相界面是指固体氧化物燃料电池的阳极、电解质，以及燃料气交界面，或者阴极、电解质以及空气交界面，因此存在加热效率低，电堆中电池受热不均衡的问题；其次，反应发生过程中未经预热或未充分预热的气体又可能使反应区域温度降低，从而使电池反应效率降低；另外，由于电堆放电时自身内部会产热，导致电堆实际工作温度高于电炉设定环境温度，进而易使电堆因内外温度差而破裂。

发明内容

针对上述技术现状，本发明提供了一种固体氧化物燃料电池电堆的加热启动方法，加热效率高，受热均衡。

本发明采用的技术方案如下：一种固体氧化物燃料电池电堆的加热启动方法，其特征是：将燃料气与空气进行预热后通入电堆内部，以加热电堆。

作为优选，通过监控电堆的温度而调整燃料气与空气的预热温度，以实现达到电堆加热启动的温度。考虑到电堆内部的气体反应本身会产生热量，作为进一步优选，调控燃料气与空气的预热温度由低到高升温操作，以避免电堆温度过高而损坏电堆的现象。

作为优选，预热后的燃料气与空气通入电堆的过程中采用隔热材料进行保温以避免热量散失。所述隔热材料不限，包括石棉等。

作为一种实现方式，采用燃料加热所需的燃料气与空气进行预热。所述燃料不限，作为一种实现方式，采用天然气，一部分天然气通过重整装置转化为电池所需的反应气体氢气，另一部分天然气直接作为燃料加热所述氢气与空气。

本发明还提供了一种用于固体氧化物燃料电池电堆的加热装置，包括重整器、燃烧器与空气泵；所述燃烧器包括至少两条管道。

以天然气作为输入气体，一部分天然气通过重整装置转化为氢气，一部分天然气作为燃烧器的燃料，用于加热燃烧器中的管道；所述氢气输入燃烧器的一条管道进行预热，空气泵输出的空气输入燃烧器的另一条管道进行预热，预热后的氢气与空气输送至固体氧化物燃料电池电堆内部。

作为优选，所述燃烧器中的管道呈盘绕状。

作为优选，预热后的氢气与空气输送至固体氧化物燃料电池电堆内部的过程进行保温以避免热量散失。所述隔热材料不限，包括石棉等。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)本发明将燃料气与空气进行预热后通入电堆内部实现加热电堆的目的，一方面解决了使用电热炉加热电堆使电堆内外受热不均衡的问题，另一方面预热后的燃料气与空气直接通入电堆内部，直接提高了电堆内部的三相界反应区域的温度，因此有效提高了加热效率与受热均衡，加速了电堆中电池单元三相界面的气体扩散。

(2)本发明有利于电堆摆脱空间束缚，从而不限制电堆的规模。

(3)采用本发明的燃料气与空气预热加热电堆，电堆具有良好的电输出性能，并且该电输出具有稳定可调控性。

附图说明