[发明专利]一种中温固体氧化物燃料电池热管理系统及方法

说明书

本发明提出了一种中温固体氧化物燃料电池热管理系统及方法，本发明通过第一控制阀、第二控制阀、预燃烧器、第一混合阀、氧化重整系统和后燃烧器之间的连接结构；可以通过设置的后燃烧器，将POX的气体管路由阴极废气切换到后燃烧器尾气，解决对POX由散热到供热的过渡问题；通过设置的第一控制阀，将小部分天然气作为补充燃料直接引入后燃烧器，实现进入POX的新鲜燃料与空气不再进行预热，保证了高AOGR率下重整反应的能量供应；在上述措施下，为实现低AOGR率时系统的稳定运行以便完成AOGR率由低到高的切换，设置预燃烧器以此维持POX燃料入口所需的最低温度。

技术领域

本发明属于电池热管技术领域，尤其涉及一种中温固体氧化物燃料电池热管理系统及方法。

背景技术

当前，固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)的应用还主要集中在固定式发电模块，其向车载或便携式移动电源方面的应用依然受电堆特性与外围系统两个因素的制约；其中，针对外围系统因素的制约问题，则只能依赖于热管理系统(Balance ofPlant，BOP)的不断优化来解决；一种可行的方式是使用部分氧化重整(PartialOxidation，POX)代替水蒸气重整(Steam Reforming，SR)，构成POX-AOGR(Anode off GasRecycle)系统，以此消除复杂的水蒸气产生及过热装置，简化热管理系统结构；但相对于水蒸气重整来说，氧化重整较低的氢产率会导致系统电效率降低，因此需要耦合大比例阳极废气循环(AOGR)来减轻此种效应。

发明人发现，POX-AOGR系统的应用存在以下问题，随着阳极废气循环率的提高，POX内的重整反应将由放热逐步过渡至吸热，现有BOP系统不能很好的实现对POX由散热到供热的过渡；随着阳极废气循环率的提高，流入后燃烧器内的阳极废气减少，后燃烧器尾气温度降低，无法为重整反应提供足够的热量，与此同时，POX入口处的燃料温度升高，与后燃烧器尾气之间的温差减小，POX内的换热更为困难，因此，POX-AOGR系统应用存在如何保证高AOGR率下重整反应的能量供应；降低POX燃料入口温度的措施，例如进入POX的新鲜空气与燃料不进行预热，有利于拓展高AOGR率下SOFC系统的运行范围，提高系统效率，但此类措施会引起低AOGR率下POX入口温度过低，甚至导致重整反应逐步熄灭。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种中温固体氧化物燃料电池热管理系统及方法，本发明为解决对POX由散热到供热的过渡问题，POX的气体管路将由阴极废气切换到后燃烧器尾气；为保证高AOGR率下重整反应的能量供应，小部分天然气将被作为补充燃料直接引入后燃烧器，且进入POX的新鲜燃料与空气不再进行预热；在上述措施下，为实现低AOGR率时系统的稳定运行以便完成AOGR率由低到高的切换，设置预燃烧器以此维持POX燃料入口所需的最低温度400℃。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种中温固体氧化物燃料电池热管理系统，采用如下技术方案：

一种中温固体氧化物燃料电池热管理系统，包括第一控制阀、第二控制阀、预燃烧器、第一混合阀、氧化重整系统和后燃烧器；

所述第一控制阀包括两个出口，分别连通所述后燃烧器的第一入口，以及所述第二控制阀的入口；所述第一控制阀被配置为，将接收的天然气中的至少一部分输送给所述后燃烧器；

所述第二控制阀包括两个出口，分别连通所述预燃烧器的天然气入口，以及所述第一混合阀的第一入口；所述第二控制阀被配置为将接收所述第一控制阀中提供天然气的至少一部分输送给所述预燃烧器，将其他部分天然气输送给所述第一混合阀；所述预燃烧器被配置为将天然气进行燃烧加热；

所述第一混合阀还包括第二入口，所述预燃烧器的出口连通所述第一混合阀的第二入口；所述第一混合阀的出口连通所述氧化重整系统的第一入口；所述第一混合阀被配置为，将来自所述第二控制阀的天然气与来自所述预燃烧器加热后的流体进行混合，并将混合后的气体输入所述氧化重整系统；