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燃料電池系統(tǒng)、燃料電池發(fā)電機組及其調(diào)控方法與流程

文檔序號:41956679發(fā)布日期:2025-05-20 16:50閱讀:來源:國知局

技術特征:

1.燃料電池系統(tǒng),其特征在于,包括:

2.根據(jù)權利要求1所述的燃料電池系統(tǒng),其特征在于,所述電化學重整催化劑為電子導體、氧離子導體和燃料重整催化劑的混合物,其中,所述電子導體的體積與所述電化學重整催化劑的體積的比值>20%,所述氧離子導體的體積與所述電化學重整催化劑的體積的比值>20%。

3.根據(jù)權利要求1所述的燃料電池系統(tǒng),其特征在于,所述第二燃料電極(202)的材料為氧化物。

4.根據(jù)權利要求3所述的燃料電池系統(tǒng),其特征在于,所述氧化物為a組分或a組分和b組分的混合物;

5.根據(jù)權利要求1所述的燃料電池系統(tǒng),其特征在于,所述一級燃料電池模組(100)中包括一個或多個一級電堆組,每個所述一級電堆組包括至少一個所述一級電堆(1),多個所述一級電堆組串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián);

6.根據(jù)權利要求1~5任一項所述的燃料電池系統(tǒng),其特征在于,所述燃料電池系統(tǒng)包括一個燃燒器(11),所述燃燒器(11)設置于所述二級燃料電池模組(200)內(nèi),所述重整空氣電極(310)、所述第一空氣電極(101)、所述第二空氣電極(201)、所述第二燃料電極(202)、所述燃料供應單元和所述空氣供應單元均與所述燃燒器(11)連通。

7.根據(jù)權利要求6所述的燃料電池系統(tǒng),其特征在于,所述燃燒器(11)燃燒產(chǎn)生的高溫尾氣通過換熱單元為所述燃料供應單元提供的至少部分燃料和所述空氣供應單元提供的至少部分空氣提供熱量。

8.根據(jù)權利要求7所述的燃料電池系統(tǒng),其特征在于,所述換熱單元包括第一換熱器(16)和第二換熱器(17),所述第一換熱器(16)能將所述高溫尾氣的熱量傳遞給所述空氣供應單元提供的至少部分空氣;

9.根據(jù)權利要求7所述的燃料電池系統(tǒng),其特征在于,所述燃燒器(11)燃燒后的高溫尾氣與余熱回收單元(19)連通。

10.根據(jù)權利要求1~5任一項所述的燃料電池系統(tǒng),其特征在于,所述燃料供應單元提供高溫燃料和低溫燃料,所述高溫燃料與所述重整燃料電極(320)的進料口連通,所述低溫燃料流量可控地分配至所述重整燃料電極(320)的進料口、所述第一燃料電極(102)的進料口和所述第二燃料電極(202)的進料口;

11.根據(jù)權利要求10所述的燃料電池系統(tǒng),其特征在于,所述空氣供應單元還包括混合器組,所述混合器組被配置為對進入所述重整空氣電極(310)的進氣口、所述第一空氣電極(101)的進氣口和/或所述第二空氣電極(201)的進氣口的高溫空氣和低溫空氣進行混合。

12.根據(jù)權利要求1~5任一項所述的燃料電池系統(tǒng),其特征在于,所述燃料電池系統(tǒng)包括第一燃燒器和第二燃燒器,所述第一燃燒器設置于所述一級燃料電池模組(100)內(nèi),所述一級電堆(1)反應后的高溫尾氣至少部分進入所述第一燃燒器內(nèi)燃燒,所述第二燃燒器設置于所述二級燃料電池模組(200)內(nèi),所述二級電堆(2)反應后的高溫尾氣至少部分進入所述第二燃燒器內(nèi)燃燒。

13.根據(jù)權利要求12所述的燃料電池系統(tǒng),其特征在于,所述一級燃料電池模組(100)反應后的高溫尾氣全部進入所述第二燃燒器燃燒,所述二級燃料電池模組(200)反應后的高溫尾氣,一部分進入所述第二燃燒器燃燒,另一部分進入所述第一燃燒器燃燒。

14.根據(jù)權利要求12所述的燃料電池系統(tǒng),其特征在于,所述一級燃料電池模組(100)反應后的高溫尾氣一部分進入所述第一燃燒器燃燒,另一部分進入所述第二燃燒器燃燒;所述二級燃料電池模組(200)反應后的高溫尾氣全部進入所述第二燃燒器燃燒。

15.燃料電池發(fā)電機組,其特征在于,包括如權利要求1~14任一項所述的燃料電池系統(tǒng)。

16.燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法,其特征在于,應用于如權利要求15所述的燃料電池發(fā)電機組,所述燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法包括以下步驟:

17.根據(jù)權利要求16所述的燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法,其特征在于,所述燃料電池系統(tǒng)啟動時,所述重整空氣電極(310)排出的重整空氣尾氣的溫度控制所述電化學重整器(300)進行重整反應并產(chǎn)生電能的步驟包括:

18.根據(jù)權利要求17所述的燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法,其特征在于,在所述重整空氣尾氣的溫度高于第二設定溫度時,所述燃料供應單元向所述電化學重整器(300)通入燃料的步驟包括:

19.根據(jù)權利要求16所述的燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法,其特征在于,啟動所述一級電堆(1)后,控制所述一級電堆(1)的燃料利用率在60%~90%之間的方法包括:

20.根據(jù)權利要求16所述的燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法,其特征在于,啟動所述二級電堆(2)后,控制所述二級電堆(2)的燃料利用率在60%~99%之間的方法包括:

21.根據(jù)權利要求16所述的燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法,其特征在于,所述燃料電池系統(tǒng)停止運行時,在將所述一級電堆(1)和所述二級電堆(2)的電流降低至零后,當所述第一空氣尾氣的溫度低于第一設定溫度時,所述燃料供應單元停止供應燃料,將所述電化學重整器(300)的電流降低至零的步驟包括:

22.根據(jù)權利要求16所述的燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法,其特征在于,所述燃料電池系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時,通過控制進入所述電化學重整器(300)的燃料流量、進入所述一級電堆(1)的燃料的流量、進入所述二級電堆(2)的燃料的流量、所述一級電堆(1)的電流、所述二級電堆(2)的電流和所述二級電堆(2)的燃料利用率增加或降低所述燃料電池系統(tǒng)的功率,確保所述一級電堆(1)的燃料利用率在60%~90%之間,所述二級電堆(2)的燃料利用率在60%~99%之間,且所述一級電堆(1)的第一燃料電極(102)的出料口的燃料的體積分數(shù)>20%,所述二級電堆(2)的第二燃料電極(202)的出料口的燃料的體積分數(shù)>1%,所述一級電堆(1)和所述二級電堆(2)的總燃料利用率>70%。

23.根據(jù)權利要求22所述的燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法,其特征在于,增加所述燃料電池系統(tǒng)的功率時,控制進入所述電化學重整器(300)的燃料流量、進入所述一級電堆(1)的燃料的流量、進入所述二級電堆(2)的燃料的流量、所述一級電堆(1)的電流、所述二級電堆(2)的電流和所述二級電堆(2)的燃料利用率的具體方法包括:

24.根據(jù)權利要求22所述的燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法,其特征在于,降低所述燃料電池系統(tǒng)的功率時,控制進入所述電化學重整器(300)的燃料流量、進入所述一級電堆(1)的燃料的流量、進入所述二級電堆(2)的燃料的流量、所述一級電堆(1)的電流、所述二級電堆(2)的電流和所述二級電堆(2)的燃料利用率的具體方法包括:


技術總結
本發(fā)明公開了一種燃料電池系統(tǒng)、燃料電池發(fā)電機組及其調(diào)控方法,涉及燃料電池技術領域。該燃料電池系統(tǒng)包括電化學重整器、一級燃料電池模組和二級燃料電池模組,電化學重整器包括重整空氣電極、重整燃料電極和設于重整空氣電極和重整燃料電極之間的重整電解質,通入燃料和空氣后能夠產(chǎn)生電能。通過在重整燃料電極設置電化學重整催化劑,又能夠對進入電化學重整器內(nèi)的燃料進行重整,電化學重整器重整和電化學反應后的燃料進入一級燃料電池模組和二級燃料電池模組后能夠提高燃料分壓和電極電勢。通過一級燃料電池模組和二級燃料電池模組分級消耗燃料,提高了燃料利用率和發(fā)電效率。

技術研發(fā)人員:沈雪松,宋維龍,施王影,葉文瑩,楊寶剛
受保護的技術使用者:山東國創(chuàng)燃料電池技術創(chuàng)新中心有限公司
技術研發(fā)日:
技術公布日:2025/5/19
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