阅读说明：本技术 一种固体氧化物燃料电池一体化集成bop系统 (Integrated BOP system of solid oxide fuel cell integration ) 是由 蒋建华 李箭 汤浅 颜冬 杨佳军 贾礼超 蒲健 池波 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及固体氧化物燃料电池一体化集成BOP系统。该系统包括位于中心的燃烧室、燃烧室的外周包覆设置有空气换热室,空气换热室的外周包覆设置有高温烟气通道,高温烟气通道与燃烧室连通,高温烟气通道的外周包覆设置有燃料重整室,燃烧室上开设有燃料进气口,空气换热室上开设有空气进气口和空气出气口,高温烟气通道上开设有烟气出气口,燃料重整室上开设有燃气进气口和燃气出气口。本发明所提供的BOP系统,将燃烧室、空气换热室、高温烟气通道和燃料重整室依次层层设置,没有管道连接,整体热量通过层层传递形成了高效的换热体系,热量利用率高,制造成本低。(The invention relates to a solid oxide fuel cell integrated BOP system. The system comprises a combustion chamber positioned at the center, an air heat exchange chamber is arranged on the periphery of the combustion chamber in a wrapping mode, a high-temperature flue gas channel is arranged on the periphery of the air heat exchange chamber in the wrapping mode, the high-temperature flue gas channel is communicated with the combustion chamber, a fuel reforming chamber is arranged on the periphery of the high-temperature flue gas channel in the wrapping mode, a fuel air inlet is formed in the combustion chamber, an air inlet and an air outlet are formed in the air heat exchange chamber, a flue gas outlet is formed in the high-temperature flue gas channel, and a fuel gas inlet. According to the BOP system provided by the invention, the combustion chamber, the air heat exchange chamber, the high-temperature flue gas channel and the fuel reforming chamber are sequentially arranged layer by layer without pipeline connection, the whole heat is transferred layer by layer to form a high-efficiency heat exchange system, the heat utilization rate is high, and the manufacturing cost is low.)

一种固体氧化物燃料电池一体化集成BOP系统

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池一体化集成BOP系统。

背景技术

燃料电池是一类将燃料化学能直接转换为电能的能量转化装置，具有效率高、无污染、噪音低等诸多优势，在动力电源、备用电源及移动电源领域应用前景广阔。燃料电池要走向应用，需要配备具有完整功能的*** BOP系统，主要包括换热器、重整器、燃烧器等装置，上述装置分别具有以下功能：换热器主要是将进入电堆阴极的空气预热到需求温度，重整器的功能是将甲烷等碳氢化合物燃料重整成富含氢气的混合气，燃烧器则是将电堆未完全反应的燃料进行回收并为换热器、重整器提供所需热量。

目前的BOP系统主要采用分体式设备进行管道连接的方式进行集成，带来了体积大、效率低、成本高、不易大规模应用的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种固体氧化物燃料电池一体化集成BOP系统，该BOP系统中将换热器、重整器、燃烧器等装置的功能进行一体化集成设计，消除了连接管道，整个系统的体积小，结构紧凑，制造成本低，热量利用率高。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种固体氧化物燃料电池一体化集成BOP系统，包括位于中心的燃烧室、燃烧室的外周包覆设置有空气换热室，空气换热室的外周包覆设置有高温烟气通道，高温烟气通道与燃烧室连通，高温烟气通道的外周包覆设置有燃料重整室，所述燃烧室上开设有燃料进气口，所述空气换热室上开设有空气进气口和空气出气口，所述高温烟气通道上开设有烟气出气口，所述燃料重整室上开设有燃气进气口和燃气出气口。

本发明将燃烧室设置在中心位置，空气换热室、高温烟气通道、燃料重整室依次包覆设置，燃烧室内燃烧器燃烧产生的高温烟气通过高温烟气通道排出，空气换热室位于燃烧室和高温烟气通道之间，能够充分利用燃烧产生的热量对进入到电堆阴极的空气进行预热，燃料重整室设置在高温烟气通道的外侧，高温烟气通道还能同时对燃料进行预热，本发明的整体架构从中心向外分别实现的功能部件类似于燃烧器、空气换热器、燃料重整器，集成的BOP系统没有管道连接，整体热量通过层层传递形成了高效的换热体系，热量利用率高，制造成本低。

具体地，所述固体氧化物燃料电池一体化集成BOP系统呈圆柱状结构，所述圆柱状结构的一端用半球体作为密封结构，另一端用平板密封，所述燃烧室位于圆柱状结构的中心，所述燃料进气口、空气进气口、空气出气口、烟气出气口、燃气进气口和燃气出气口均开设在平板上。

优选地，所述空气换热室和/或高温烟气通道和/或燃料重整室内设置有防回流装置。

优选地，所述防回流装置包括隔板，所述隔板将空气换热室或高温烟气通道或燃料重整室分隔成至少两个底部相连通的腔体。

具体地，所述隔板将空气换热室或高温烟气通道或燃料重整室分隔成两个等体积的腔体，所述高温烟气通道内的隔板与空气换热室和燃料重整室内的隔板垂直。

优选地，所述防回流装置内设置有气体通过的S型通道。

具体地，所述防回流装置包括包括隔板、位于隔板上方的上挡板和位于隔板下方的下挡板，相邻的两个隔板分别固定在上挡板和下挡板上且分别与下挡板和上挡板之间留有气体通过的间隙。

优选地，所述防回流装置内竖直并列设置有多个气体通过的S型通道，每个S型通道上均设置有气体入口和气体出口。

优选地，所述S型通道水平环绕设置。

优选地，所述空气换热室和/或高温烟气通道和/或燃料重整室内填充有保温材料。

本发明所提供的一种固体氧化物然老电池一体化集成BOP系统，具有以下有益技术效果：

(1)本发明所提供的BOP系统，将燃烧室、空气换热室、高温烟气通道和燃料重整室依次层层设置，没有管道连接，整体热量通过层层传递形成了高效的换热体系，热量利用率高，制造成本低；

(2)将整个系统设计为圆柱形结构，并且输入输出的气体连接管道集中在圆柱形结构的同一端的出口处，使得整个系统体积小巧，便于与电堆进行系统整体集成，为推进固体氧化物燃料电池系统的大规模产业化应用奠定基础；

(3)各个通道内设置防回流装置，延长气体在通道内的停留时间，整个装置效果更好。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视结构示意图；

图3为实施例1中BOP系统横截面的结构示意图；

图4为实施例2中BOP系统横截面的结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

图中1燃烧室、2空气换热室、3高温烟气通道、4燃料重整室、5隔板、11燃料进气口、21空气进气口、22空气出气口、31烟气出气口、41燃气进气口、42燃气出气口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1、2所示，一种固体氧化物燃料电池一体化集成BOP系统，包括位于中心的燃烧室1，燃烧室1的外周包覆设置有空气换热室2，空气换热室2的外周包覆设置有高温烟气通道3，高温烟气通道3与燃烧室1连通，高温烟气通道3的外周包覆设置有燃料重整室4，燃烧室1上开设有燃料进气口11，空气换热室2上开设有空气进气口21和空气出气口22，高温烟气通道3上开设有烟气出气口31，燃料重整室4上开设有燃气进气口41和燃气出气口42。

本发明将燃烧室1设置在中心位置，空气换热室2、高温烟气通道3、燃料重整室4依次包覆设置，燃烧室1燃烧产生的高温烟气通过高温烟气通道3后排出，空气换热室2位于燃烧室1和高温烟气通道3之间，能够充分利用燃烧产生的热量对进入到电堆阴极的空气进行预热，整体架构从中心向外分别实现的功能部件类似于燃烧器、空气换热器、燃料重整器，该集成的BOP系统没有管道连接，整体热量通过层层传递形成了高效的换热体系，热量利用率高，制造成本低。

本实施例中，固体氧化物燃料电池一体化集成BOP系统呈圆柱状结构，圆柱状结构的一端用半球体作为密封结构，另一端用平板密封，燃烧室1 位于圆柱状结构的中心，燃料进气口11、空气进气口21、空气出气口22、烟气出气口31、燃气进气口41和燃气出气口42均开设在平板上。将整个系统设计为圆柱形结构，并且输入输出的气体连接管道集中在圆柱形结构的同一端的出口处，使得整个系统体积小巧，便于与电堆进行系统整体集成。

本实施例中，我们进一步地在空气换热室2和/或高温烟气通道3和/ 或燃料重整室4内设置了能够避免气体回流的防回流装置。

本实施例中，防回流装置包括隔板5，隔板5将空气换热室2或高温烟气通道3或燃料重整室4分隔成至少两个底部相连通的腔体，各腔体底部的连通可以直接通过下部的半球腔体进行连通，也可以通过同样设置在半球腔体内的隔板上的孔进行连通。其中空气换热室2和燃料重整室4中一个腔体与进气口连通，另外的腔体与出气口连通，高温烟气通道3的腔体均与烟气出气口31连通，具体地在设置的时候可保证与同一出气口连通的腔体的上方相互连通即可，其可以简单地通过隔板长短的不同来实现。空气换热室2中进入的空气进入一腔体后从该腔体的底部进入到另外的腔体中，并在另外腔体的上方汇合后排出；燃料重整室4中进入的燃气进入一腔体后从该腔体的底部进入到另外的腔体中，并在另外腔体的上方汇合后排出；燃烧室1中产生的高温烟气从底部排出均匀进入到高温烟气通道3 中的各腔体后并最终通过烟气出气口31排出。

另外，如图3所示，隔板5还可以将空气换热室2或高温烟气通道3 或燃料重整室4分隔成两个等体积的腔体，且高温烟气通道3内的隔板与空气换热室2和燃料重整室4内的隔板垂直，空气换热室2或高温烟气通道3或燃料重整室4底部也可以设置一隔板，该隔板将底部的半球结构同样分隔成两个半室，隔板上设置有用于气体流通的孔，气体通过该隔板上的孔在两个腔体内进行流通。

另外，本实施例中，我们还进一步地在空气换热室2和高温烟气通道3 内填充了保温材料，高温烟气通过保温材料后排出；同时还可以在燃料重整室4内填充催化剂和保温材料，保温材料可采用粒径为0.1mm-1mm的陶瓷保温颗粒。

本实施例中，燃烧室1圆筒的直径为200mm,各层圆筒的厚度均为10mm，空气换热室2与燃烧室1外壁之间的间隙的宽度为39mm,高温烟气通道3与空气换热室2外壁之间的间隙的宽度为39mm，燃料重整室与高温烟气通道 3外壁之间的间隙为9mm。空气常温状态下以280L/min的流速进入到燃烧室1内，最终以700℃的温度流出；燃料常温状态下以4.2L/min的流速进入到燃料重整室4中，最终以700℃的温度流出，电堆燃料的重整效率高达 80％。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，防回流装置内设置有气体通过的 S型通道，通过设置S型通道延长气体停留时间。S型通道可以水平环绕设置，也可以竖直并列设置，当其竖直并列设置时，S型通道还可以设置多个，当其竖直并列设置时，S型通道可以根据需要设置多个，每个S型通道上均根据需要设置有气体入口和气体出口，参见图3。

具体地，如图4所示(图4仅在烟气通道中显示了防回流装置)，防回流装置包括隔板5、位于隔板5上方的上挡板和位于隔板5下方的下挡板，相邻的两个隔板5分别固定在上挡板和下挡板上且分别与下挡板和上挡板之间留有气体通过的间隙，以此形成气体通过的S型通道。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。