[发明专利]一种管式SOFC自热系统及工作方法

说明书

本发明公开一种管式SOFC自热系统，包括电化学发电系统、供气系统和控制系统；所述电化学发电系统包括电化学发电腔，在电化学发电腔的底部和顶部分别设置有重整气分配腔和尾气汇集腔，在电化学发电腔的内部设置有若干根管式SOFC电极；在电化学发电腔的中心设置有燃料重整反应器；在电化学发电腔的外部设置有空气分配腔，在空气分配腔的外部设置有燃料催化燃烧反应器；所述供气系统包括燃料储腔、去离子水储腔、压缩空气储腔和氢气储腔。本发明主要解决了需高温(600‑800℃左右)运行的管式SOFC的启动及供热问题，该系统具有常温自热启动以及自热保温功能，无需提供点火装置，无需额外提供电热炉进行供热，尤其适用于无法连接电网的区域。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池领域，具体地说是涉及一种管式SOFC自热系统，以及该系统的工作方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)可以通过电化学反应将燃料的化学能直接转换为电能，产物为水和二氧化碳，具有发电效率高，安全环保的优点，而且燃料选择广泛，余热利用率高，已成为可以改变现代能源发电方式的新一代能源技术。到目前为止，SOFC经历了高温(1000℃左右)到中低温(600-800℃)，结构设计主要有管式和平板式两种。目前，制备小型SOFC可作为便携和移动电源，用于不方便连接电网的特殊场合，如偏远山区、边境、汽车、轮船等区域。固体氧化物燃料电池工作温度较高(800℃左右)，尤其是当将其制成分布式电源时，需要另外配置加热装置以进行热启动，然而在无法连接电网的区域，采用电加热方式几乎不可能，因此需要开发能够自主供热的SOFC系统。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提出一种管式SOFC自热系统及工作方法。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种管式SOFC自热系统，包括电化学发电系统、供气系统和控制系统；

所述电化学发电系统包括电化学发电腔，在电化学发电腔的底部设置有重整气分配腔，在电化学发电腔的顶部设置有尾气汇集腔，在电化学发电腔的内部设置有若干根管式SOFC电极，所述管式SOFC电极的底端和顶端分别与重整气分配腔和尾气汇集腔相连通；

在电化学发电腔的中心设置有燃料重整反应器，在燃料重整反应器的内部填充有燃料重整催化剂，燃料重整反应器的底部重整燃料出口与重整气分配腔相连通；

在电化学发电腔的外部设置有空气分配腔，空气分配腔的下部与电化学发电腔相连通，空气分配腔的上部设置有第一空气进口；

在空气分配腔的外部设置有燃料催化燃烧反应器，燃料催化燃烧反应器包括内腔和外腔，内腔的顶部和外腔相连通，在内腔和外腔之间设置有燃料气分散腔，在燃料气分散腔的内壁上间隔设置有与内腔相连通的若干个进气孔，在燃料气分散腔的底部设置有燃料气进口；在内腔中填充有催化燃烧催化剂，在内腔的底部设置有第二空气进口；

在尾气汇集腔的顶部设置有第一尾气出口，在燃料催化燃烧反应器的外腔底部设置有第二尾气出口；

所述供气系统包括燃料储腔、去离子水储腔、压缩空气储腔和氢气储腔；所述燃料储腔通过第二燃料气输送管路与燃料气进口相连通，在第二燃料气输送管路上设置有第二控制阀，所述燃料储腔通过第一燃料气输送管路与燃料重整反应器的顶部气体进口相连通，在第一燃料气输送管路上设置有第一控制阀；所述去离子水储腔通过水蒸气输送管路与燃料重整反应器的顶部气体进口相连通，在水蒸气输送管路上设置有第三控制阀；所述压缩空气储腔通过第一空气输送管路与第一空气进口连通，在第一空气输送管路上设置有第四控制阀，所述压缩空气储腔通过第二空气输送管路与第二空气进口连通，在第二空气输送管路上设置有第五控制阀；所述氢气储腔通过氢气输送管路与燃料气进口相连通，在氢气输送管路上设置有第六控制阀；

在电化学发电腔的内部还设置有热电偶，所述热电偶、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第五控制阀和第六控制阀均与控制系统相连接。