一种固体氧化物燃料电池电堆温控系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种固体氧化物燃料电池电堆温控系统及控制方法，实现对热能的充分利用和对电堆运行温度的实时控制。包括固体氧化物燃料电池电堆，固体氧化物燃料电池电堆的阳极进气口通过燃料进气管连接燃料存储室，燃料进气管上设有第一电磁阀，固体氧化物燃料电池电堆的阴极进气口通过空气进气管连接压缩空气存储室，空气进气管上设有第五电磁阀，空气进气管上设有加热旁路，加热旁路与第五电磁阀相连，加热旁路上设有电加热装置、第六电磁阀，固体氧化物燃料电池电堆的尾气排放口通过排气管依次连接第三电磁阀、尾气泵、外部供暖设备。外部供暖设备。外部供暖设备。

【技术实现步骤摘要】
一种固体氧化物燃料电池电堆温控系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及固体氧化物燃料电池
，特别是涉及一种固体氧化物燃料电池电堆温控系统及控制方法。

技术介绍

[0002]目前缺乏对SOFC电池电堆温度检测以及温控和尾气热量回收的系统。固体氧化物燃料电池的发电效率仅仅也只有50％左右，电堆工作时产热很大且大部分的热量是被反应过后的尾气带走耗散，电堆反应需要在合适的温度范围之内，一个时刻监控电堆温度以及对温度改变迅速作出反映的系统显得尤为重要。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种固体氧化物燃料电池电堆温控系统及控制方法，将电堆运行温度维持在有利促进反应进行的范围，并协助外部热源为电堆启动供能，实现热能的充分利用和对电堆运行温度的实时控制。
[0004]本专利技术的目的是这样实现的：
[0005]一种固体氧化物燃料电池电堆温控系统及控制方法，包括固体氧化物燃料电池电堆，所述固体氧化物燃料电池电堆的阳极进气口通过燃料进气管连接燃料存储室，所述燃料进气管上设有第一电磁阀，所述固体氧化物燃料电池电堆的阴极进气口通过空气进气管连接压缩空气存储室，所述空气进气管上设有第五电磁阀，所述空气进气管上设有加热旁路，所述加热旁路与第五电磁阀相连，所述加热旁路上设有电加热装置、第六电磁阀，所述燃料进气管、空气进气管的下游端之间连接有空气流向控制管，所述空气流向控制管上设有第四电磁阀，所述固体氧化物燃料电池电堆的尾气排放口通过排气管依次连接第三电磁阀、尾气泵、外部供暖设备。
[0006]优选地，所述固体氧化物燃料电池电堆的外壳表面覆盖有夹套装置与电加热装置，所述夹套装置上连接有换热回路，所述换热回路上设有液体金属压力泵、管壳式换热器、第二电磁阀，所述夹套装置内嵌有多个液体金属导管，所述多个液体金属导管连接在换热回路上。
[0007]一种固体氧化物燃料电池电堆温控系统的控制方法，
[0008]电堆进行初始预热时，打开第一电磁阀、第三电磁阀以及第六电磁阀电加热装置与夹套装置的加热功能，所述压缩空气室输出压缩空气，空气被电加热装置被加热到一定温度后，进入到电池电堆的阴极，燃料存储室输出氢气为阳极提供还原氛围防止在升温过程中阳极被氧气氧化并还原阳极材料，随后由第三电磁阀排出，与此同时夹套装置对电堆进行加热，当固体氧化物燃料电池电堆被加热到工作温度时，关闭电加热装置以及第三电磁阀、第六电磁阀、夹套装置加热功能，至此初始预热过程完成；
[0009]正常工作时，打开第一电磁阀、第三电磁阀与第五电磁阀、尾气泵，燃料与压缩空气分别通过第一电磁阀与第五电磁阀进入固体氧化物燃料电池电堆，反应产生的尾气通过
第三电磁阀排出到外部供暖设备；
[0010]当固体氧化物燃料电池电堆温度超过工作温度且持续上升时，打开第二电磁阀、液态金属压力泵，开启尾气泵，并调节尾气泵功率，利用常温燃料、压缩空气以及夹套装置内的液态金属循环带走固体氧化物燃料电池电堆热量，起到降温的效果；
[0011]当固体氧化物燃料电池电堆温度低于工作温度且持续降低时，关闭第二电磁阀、尾气泵与液态金属压力泵让电堆系统产生的热量用于提高电堆温度直至电池电堆稳定在目标温度范围内。
[0012]优选地，利用PC收集处理检测到的温度信息与智能控制系统各设备，运用PLC梯形图的自锁让初始预热、加热与降温成为三个互不干扰且不会同时运行的过程，系统的温度可以达到动态平衡。
[0013]由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下有益效果：
[0014]1.本专利技术是在电池电堆安置多个温度传感器可以准确的监控温度，利用温度信息输入经由PC处理后对PLC做出指令，且设计初始预热系统便于提供初始反应所需要的环境温度要求；
[0015]2.利用电堆夹套设计液态金属降温器，夹套内嵌并排管道增大受热面积，以低温液态金属作为储热介质可以做到快速对系统降温，快速降温有利于电堆温度的稳定，最大化电堆输出功率，通过换热器可将吸收的热量用于供暖。
[0016]3.夹套装置作为系统实现温控的核心维持电堆工作温度的稳定，防止温度的变化过快产生热胀冷缩致使电堆封装损坏而产生泄露，延长电堆使用寿命以及维持工作温度稳定提高电堆对于产出电的效率。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的结构示意图；
[0018]图2为本专利技术中使用的管壳式换热器的示意图。
[0019]附图标记
[0020]附图中，1
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燃料存储室；2
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第一电磁阀；3
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夹套装置；4
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固体氧化物燃料电池电堆；5
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液体金属压力泵；6
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管壳式换热器；7
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第二电磁阀；8
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外部供暖设备；9
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尾气泵；10
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第三电磁阀；11
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第四电磁阀；12
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电加热装置；13
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第六电磁阀；14
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第五电磁阀；15
‑
压缩空气存储室。
具体实施方式
[0021]参见图1，为一种固体氧化物燃料电池电堆温控系统，包括固体氧化物燃料电池电堆4，所述固体氧化物燃料电池电堆4的阳极进气口通过燃料进气管连接燃料存储室1，所述燃料进气管上设有第一电磁阀2，所述固体氧化物燃料电池电堆4的阴极进气口通过空气进气管连接压缩空气存储室15，所述空气进气管上设有第五电磁阀14，所述空气进气管上设有加热旁路，所述加热旁路与第五电磁阀14相连，所述加热旁路上设有电加热装置12、第六电磁阀13，所述燃料进气管、空气进气管的下游端之间连接有空气流向控制管，所述空气流向控制管上设有第四电磁阀11，所述固体氧化物燃料电池电堆4的尾气排放口通过排气管依次连接第三电磁阀10、尾气泵9、外部供暖设备8。
[0022]所述固体氧化物燃料电池电堆4的表面覆盖有夹套装置3，所述夹套装置3上连接有换热回路，所述换热回路上设有液体金属压力泵5、管壳式换热器6、第二电磁阀7，所述夹套装置3内嵌有多个液体金属导管，所述多个液体金属导管连接在换热回路上。电堆外部夹套内嵌许多液体金属导管，这样排布可以最大程度增加换热效率，可以快速对温度进行控制；外部供暖设备为暖气片等直接供暖设备。管壳式换热器的受热管连接另一供暖设备或冷源。图2中，另一供暖设备重复利用外部供暖设备8排出的尾气作为供暖介质。
[0023]一种固体氧化物燃料电池电堆温控系统的控制方法：
[0024]电堆进行初始预热时，打开第一电磁阀2、第三电磁阀10以及第六电磁阀13，氢气是初始预热时通入阳极的还原性气体用以提供还原环境和阳极的还原，夹套装置3加热固体氧化物燃料电池电堆4到高温状态(700
‑
800℃)，当电堆被加热到目标温度。后关闭夹套3加热功能、电加热装置12、第三电磁阀10以及第六电磁阀13，至此加热过程完成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电池电堆温控系统，包括固体氧化物燃料电池电堆，其特征在于：所述固体氧化物燃料电池电堆的阳极进气口通过燃料进气管连接燃料存储室，所述燃料进气管上设有第一电磁阀，所述固体氧化物燃料电池电堆的阴极进气口通过空气进气管连接压缩空气存储室，所述空气进气管上设有第五电磁阀，所述空气进气管上设有加热旁路，所述加热旁路与第五电磁阀并连，所述加热旁路上设有电加热装置、第六电磁阀，所述固体氧化物燃料电池电堆的尾气排放口通过排气管依次连接第三电磁阀、尾气泵、外部供暖设备。2.根据权利要求1所述的一种固体氧化物燃料电池电堆温控系统，其特征在于：所述固体氧化物燃料电池电堆的表面覆盖有夹套装置，所述夹套装置上连接有换热回路，所述换热回路上设有液体金属压力泵、管壳式换热器、第二电磁阀，所述夹套装置内嵌有多个液体金属导管，所述多个液体金属导管连接在换热回路上。3.根据权利要求2所述的一种固体氧化物燃料电池电堆温控系统，其特征在于：所述夹套装置内设有电加热器，电加热器用于将固体氧化物燃料电池电堆加热至工作温度，。4.根据权利要求1所述的一种固体氧化物燃料电池电堆温控系统，其特征在于：所述燃料进气管、空气进气管的下游端之间连接有空气流向控制管，所述空气流向控制管上设有第四电磁阀。5.根据权利要求2所述的一种固体氧化物燃料电池电堆温控系统，其特征在于：所述管壳式换热器上游端连接有联箱以减少热偏差，使得工质受热均匀具有更好的流动性和热性能。6.一种权利要求1所述的固体氧化物燃料电池电堆温控系统的控制方法，其特征在于：电堆进行初始预热，打开...

【专利技术属性】
技术研发人员：季炫宇，陈宁，周雄，王振华，杨鲁，申宪文，刘汉宇，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：