一种氢气固体氧化物燃料电池系统的制作方法

本技术涉及固体氧化物燃料电池，更具体地说，涉及一种氢气固体氧化物燃料电池系统。

背景技术：

1、固体氧化物燃料电池作为一种高温能量转换装置，因其发电效率高、绿色环保而备受关注。在以纯氢为燃料的sofc系统中，为了提升燃料经济性，普遍采用阳极尾气再循环技术，将电堆反应后未消耗的氢气与产生的水蒸气回流至入口，从而大幅提高燃料利用率。

2、另外要实现系统的稳定启动与高效运行，通常涉及两个关键阶段：冷态升温阶段与正常发电阶段。在升温阶段，电堆需被外部热源预热至其工作温度(通常为700℃以上)。现有技术通常依赖独立的启动燃烧器对空气和燃料进行预热，该过程与发电阶段的阳极循环系统在功能上和结构上往往是解耦的，导致系统结构复杂，热集成度低。

3、因此，本领域迫切需要一种高度集成、运行高效的氢气阳极循环系统，以实现燃料的高效利用，从而全面提升sofc系统的可靠性、适应性及整体能效。

技术实现思路

1、本方案提供了一种氢气固体氧化物燃料电池系统，通过在系统上将阳极尾气的循环和对电堆的预热进行耦合，提高燃料利用率的同时提高能量利用效率。

2、为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

3、一种氢气固体氧化物燃料电池系统，包括风机、电堆、燃气供应装置、燃气换热器和尾气燃烧器；

4、所述电堆包括阳极和阴极；

5、所述燃气供应装置的出口连接燃气换热器入口一，所述燃气换热器出口一连接阳极入口，所述阳极出口连接所述燃气换热器的入口二；

6、在系统启动升温阶段，所述燃气换热器的出口二与尾气燃烧器连通；所述尾气燃烧器的出口与空气换热器的入口二连接，且所述空气换热器设置在阴极入口的管路上；

7、在系统发电运行阶段，所述燃气换热器的出口二与所述燃气供应装置的出口连通。

8、作为进一步改进，所述风机出口与所述空气换热器入口一连通，所述空气换热器出口一与所述阴极入口连通，所述阴极出口连接所述尾气燃烧器；

9、所述风机还连接所述空气换热器入口二。

10、作为进一步改进，所述空气换热器入口管路上还设置冷凝器；

11、所述燃气换热器的出口二与所述冷凝器入口二连接，所述冷凝器入口一与风机连接，所述冷凝器出口二连接两位三通阀，所述两位三通阀分别连接尾气燃烧器和燃气供应装置。

12、作为进一步改进，所述冷凝器出口二与所述两位三通阀之间还设置气液分离器。

13、作为进一步改进，所述两位三通阀和尾气燃烧器之间还设置单向阀。

14、作为进一步改进，所述燃气供应装置的出口与燃气换热器入口一之间依次设置燃气路电磁阀和燃气路质量流量控制器。

15、作为进一步改进，所述两位三通阀与燃气路质量流量控制器出口之间依次设置氢气循环泵和安全阀。

16、作为进一步改进，还包括吹扫气供应装置，所述吹扫气供应装置与所述燃气换热器入口一连接，且所述吹扫气供应装置与燃气换热器入口一之间依次设置吹扫气路电磁阀和吹扫气路质量流量控制器。

17、作为进一步改进，所述空气换热器入口管路上还设置冷凝器；所述冷凝器入口一与风机连接。

18、作为进一步改进，所述风机与冷凝器入口一之间设置空气主路质量流量计；

19、且所述风机与所述空气换热器入口二之间还依次设置空气旁路质量流量计和空气旁路流量调节阀。

20、采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

21、本实用新型的氢气固体氧化物燃料电池系统，采用尾气燃烧器和阳极尾气循环相结合的系统架构，在sofc系统启动升温阶段，燃气与空气进入尾气燃烧器发生燃烧反应产热，能够用于预热冷空气和加热电堆。在系统额定功率发电阶段，依靠阳极尾气循环工艺将未反应的燃气再次通入电堆阳极入口，使得燃气的有效利用率接近100％，大大提高了系统的发电效率。并且通过热量回收，循环的燃气仍然保持加湿状态(水含量＜10％)，系统无需再额外添加水路，简化了系统结构；此外，风机至阴极入口之间管路为空气主路，风机至空气换热器入口二之间管路为空气旁路，本系统在空气主路还设置了一路空气旁路，通过空气主路与空气旁路的流量比例调节达到温度调控的作用。

1.一种氢气固体氧化物燃料电池系统，其特征在于：包括风机(1)、电堆(9)、燃气供应装置(16)、燃气换热器(6)和尾气燃烧器(10)；

2.根据权利要求1所述的氢气固体氧化物燃料电池系统，其特征在于：所述风机(1)出口与所述空气换热器(7)入口一连通，所述空气换热器(7)出口一与所述阴极(902)入口连通，所述阴极(902)出口连接所述尾气燃烧器(10)；

3.根据权利要求1或2所述的氢气固体氧化物燃料电池系统，其特征在于：所述空气换热器(7)入口管路上还设置冷凝器(8)；

4.根据权利要求3所述的氢气固体氧化物燃料电池系统，其特征在于：所述冷凝器(8)出口二与所述两位三通阀(12)之间还设置气液分离器(14)。

5.根据权利要求3所述的氢气固体氧化物燃料电池系统，其特征在于：所述两位三通阀(12)和尾气燃烧器(10)之间还设置单向阀(13)。

6.根据权利要求3所述的氢气固体氧化物燃料电池系统，其特征在于：所述燃气供应装置(16)的出口与燃气换热器(6)入口一之间依次设置燃气路电磁阀(302)和燃气路质量流量控制器(402)。

7.根据权利要求6所述的氢气固体氧化物燃料电池系统，其特征在于：所述两位三通阀(12)与燃气路质量流量控制器(402)出口之间依次设置氢气循环泵(11)和安全阀(15)。

8.根据权利要求3所述的氢气固体氧化物燃料电池系统，其特征在于：还包括吹扫气供应装置(17)，所述吹扫气供应装置(17)与所述燃气换热器(6)入口一连接，且所述吹扫气供应装置(17)与燃气换热器(6)入口一之间依次设置吹扫气路电磁阀(301)和吹扫气路质量流量控制器(401)。

9.根据权利要求2所述的氢气固体氧化物燃料电池系统，其特征在于：所述风机(1)与冷凝器(8)入口一之间设置空气主路质量流量计(403)。

10.根据权利要求9所述的氢气固体氧化物燃料电池系统，其特征在于：