[发明专利]采用含碳垃圾作为SOFC燃料的发电方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用含碳垃圾作为燃料的发电方法及装置。

背景技术

固体氧化物燃料电池（SOFC），是一种能源转换装置，它能够把燃料如氢气中的化学能直接转化为电能，不受卡诺循环的限制，因此具有较高能源转换率。通常SOFC的能源转换率可达到60%，如果采用热电联供方式，能源转换率可达到80%，是普通火力发电的2～3倍。除此之外，SOFC还是一个洁净能源系统。SOFC的传统燃料是氢气，系统的最终反应产物是水，可以供人类直接饮用。进入21世纪，当人类面临严峻的能源和环境问题时，SOFC的优势更加凸显，它的大规模开发利用也备受关注。但是，迄今为止SOFC仍旧没有实现商业化。其中一个主要原因就是运行成本较高，输出电力与传统火电相比没有价格优势。SOFC的运行成本，绝大部分来源于燃料，因为SOFC各个部件都是全陶瓷结构，在运行过程中没有任何消耗和损失，理论上讲，如果保证燃料持续供给，SOFC就可以源源不断地提供电力输出。作为燃料氢气不仅价格昂贵，并且产量低，不易运输，不易储存，因此，寻找低成本替代燃料成为当下SOFC的研发思路。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有SOFC中作为燃料的氢气价格昂贵的技术问题，提供了一种采用含碳垃圾作为SOFC燃料的发电方法及装置。

采用含碳垃圾作为SOFC燃料的发电方法如下：

将含碳垃圾加入采用含碳垃圾作为SOFC燃料的发电装置的燃料管4中，燃料管4中的含碳垃圾首先与反应腔6内的残留的氧气反应生成二氧化碳，二氧化碳再与燃料管4中的含碳垃圾反应生成一氧化碳，生成的一氧化碳吸附在固体氧化物燃料电池阳极3的表面，一氧化碳与电解质层2传递的氧离子反应生成二氧化碳同时失去电子，一氧化碳失去的电子通过导线由阳极3流入阴极1，形成电流给用电设备7供电，其中在发电的过程中持续从燃料管4的一端向其内部加入含碳垃圾。

所述的含碳垃圾是树叶、树枝、树皮、树根、锯末、秸秆、桔梗、煤炭、煤灰、原煤或焦炭。

其电池的运行原理依靠如下三个反应：

C(含碳垃圾中固态碳)+O₂(反应腔6内残留氧气)→CO₂(气态)

CO(气态)+O^2-(电解质与电极界面)→CO₂(气态)+2e^-

所述采用含碳垃圾作为SOFC燃料的发电装置第一种技术方案包括阴极1、电解质层2、阳极3、燃料管4和密封胶塞5，其特征在于所述阳极3为底端封闭的管状，密封胶塞5插在阳极3的开口端将阳极3封闭，所述的燃料管4位于密封胶塞5与阳极3所形成的反应腔6的内部，燃料管4的两端穿出密封胶塞5，所述的燃料管4的管体上开有过气孔；阳极的外表面上蒙覆一层电解质层2，电解质层2的外表面蒙覆阴极1。

所述采用含碳垃圾作为SOFC燃料的发电装置第二种技术方案包括阴极1、电解质层2、阳极3、燃料管4、密封胶塞5和陶瓷管8，其特征在于片状的阳极3的一个表面固定在陶瓷管8的一端并将该端部封闭，密封胶塞5插在陶瓷管8的开口端将陶瓷管8封闭，所述的燃料管4位于密封胶塞5与陶瓷管8所形成的反应腔6的内部，燃料管4的两端穿出密封胶塞5，所述的燃料管4的管体上开有过气孔；阳极3的另一表面上蒙覆一层电解质层2，电解质层2的一个表面与阳极3相连，电解质层2的另一表面蒙覆阴极1。

所述燃料管4的形状为U型。

所述燃料管4U型的底部盘曲成螺旋状。

本发明实现了SOFC的无成本运行，即SOFC的工作所需燃料来源于我们日常生活中的含碳垃圾，如树叶，树枝，木屑，麦梗等等。

附图说明

图1是采用含碳垃圾作为SOFC燃料的发电装置的结构图；

图2是采用含碳垃圾作为SOFC燃料的发电装置的结构图；

图3是U型的底部盘曲成螺旋状的燃料管4的结构图；

图4是实验一中将柳树叶直接作为燃料的SOFC在700、750和800℃下的输出性能，图中-■-表示柳树叶作为燃料SOFC在700℃下的I-V曲线，-□-表示柳叶作为燃料SOFC在700℃下的I-P曲线，-●-表示柳树叶作为燃料SOFC在750℃下的I-V曲线，-○-表示柳叶作为燃料SOFC在750℃下的I-P曲线，-★-表示柳树叶作为燃料SOFC在800℃下的I-V曲线，-☆-表示柳叶作为燃料SOFC在800℃下的I-P曲线。

具体实施方式