[发明专利]一种SOFC能源系统

说明书

本申请公开了一种SOFC能源系统，本申请通过在SOFC电堆的阳极出料口一侧与阴极出料口一侧设置了尾气排放管道，利用该尾气排放管道将燃料回路与氧化剂回路相连通，由于这两条回路连通位置都是SOFC电堆的直接下游，借助压力势能的作用使得两条回路的压力水平保持相等，通过避免压力差，使得陶瓷密封件上的应力得到了缓解，从而延长了SOFC电堆及其系统的使用寿命。

技术领域

本申请涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种SOFC能源系统。

背景技术

燃料电池是一种清洁、高效的能量转换装置，因为它可以在不燃烧的情况下将燃料转换为电能，从而不受卡诺循环限制，且避免了由于燃烧形成的有毒气体。由于燃料电池具有高效、排放无毒及与规模无关的优点，使其在应用上更加灵活。另一个优点就是燃料电池过程是可逆的，这意味着在本质上它可以可逆运行，将多余的可再生能源转化为燃料，从而提供无限的储能能力，进而使得可再生能源发电得到充分利用和大规模部署。特别是SOC(固体氧化物电池)技术，由于在电解池模式和燃料电池模式下的完全可逆性和高转换效率，使其相比其他燃料电池技术更具有优势。因此，SOC技术，可以为SOEC(固体氧化物电解池)、SOFC(固体氧化物燃料电池)、rSOC(可逆固体氧化物电池)等技术，提供了一条从以化石燃料为基础向以碳中和及可再生能源为基础的社会发展道路，从而受到了广泛关注。

常规的SOFC电堆结构包括：阳极、电解质以及阴极，其中阳极一端连接着燃料回路，用于输送SOFC电堆反应所需的燃料，如甲烷、氢气等，阴极一端连接着氧化剂回路，用于输送SOFC电堆反应所需的氧化剂，一般采用的是氧气或空气，从而构成SOFC能源系统的基础结构。

在SOFC能源系统的运行中，燃料利用率是最重要的运行参数之一。为了提高系统燃料利用率，目前的燃料电池系统普遍采用阳极尾气再循环结构(燃料再循环)，通过将未转换的燃料送回SOFC电堆入口，有效的提高了系统的燃料利用率，同时保持SOFC电堆的燃料利用率在可接受水平。在SOC技术的实际应用中，仍然存在需要解决的问题，一是电堆和系统中不可避免的泄漏，会导致空气泄漏到燃料回路并稀释燃料；二是燃料回路和氧化剂回路之间的压力很难控制，因此非常容易对陶瓷密封件和SOFC电池及电堆产生应力，引起裂缝、泄漏，最终导致电堆故障，使得现有的SOFC能源系统存在使用寿命短的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种SOFC能源系统，用于解决有的SOFC能源系统存在使用寿命短的技术问题。

本申请提供了一种SOFC能源系统，包括燃料回路、SOFC电堆以及氧化剂回路，所述燃料回路与所述SOFC电堆的阳极连通，所述氧化剂回路与所述SOFC电堆的阴极连通；

所述燃料回路设置有阳极尾气再循环回路，用于将所述SOFC电堆的阳极出料口排出的阳极尾气输送回所述SOFC电堆的阳极进料口；

所述燃料回路在所述阳极出料口一侧设置了尾气排放管道，用于与所述SOFC电堆的阴极出料口一侧的所述氧化剂回路连通，使得部分阳极尾气与阴极尾气在电堆出口处直接进行混合。

优选地，还包括：第一回热器，其中，所述第一回热器为设置在所述燃料回路中的回热器，用于利用SOFC电堆产生的过程热对输入到所述燃料回路中的燃料进行预热。

优选地，还包括：第二回热器，其中，所述第二回热器为设置在所述氧化剂回路中的回热器，用于回收和利用混合后的所述部分阳极尾气与所述阴极尾气中的热量，以便对输入到所述氧化剂回路中的氧化剂进行预热。

优选地，所述第二回热器内置有火焰燃烧器和/或催化燃烧器，用于回收和利用所述SOFC电堆尾气中热量的同时，使所述部分阳极尾气与所述阴极尾气的混合气体发生反应。

优选地，还包括：燃烧器，所述燃烧器设置在所述燃料回路与所述氧化剂回路的尾气混合点，用于所述部分阳极尾气与所述阴极尾气进行混合的同时发生反应，并将产生的热量提供给所述第二回热器。