【技术实现步骤摘要】
本技术属于燃料电池发电技术及动力系统领域，尤指一种内重整固体氧化物燃料电池发电系统。
技术介绍
1、固体氧化物燃料电池(sofc)是一种直接将燃料化学能转化为电能的能量转化装置，不受卡诺循环限制，系统简单、能量转化率高、不需要贵金属作为催化剂及燃料适应性广，具有良好的应用前景。对比质子交换膜燃料电池(pemfc)，sofc对碳燃料的纯度要求较低，耐受co能力强。当前使用碳氢化合物包括天然气、煤气、甲醇、煤油及其它碳氢类等。
2、当前sofc电堆主要使用天然气，过程为将天然气进行预重整生成满足sofc电堆的h2，co、co2和ch4等组分，然后氢气进入电堆中和氧气进行电化学反应生成水放出热量。同时在电堆催化剂的作用下co和ch4等和水进行自重整反应生成h2，吸收电化学热量，维持电堆热量自平衡。但是，天然气存在储氢密度低及难储运等难题。
3、汽油沸程较低，易燃易爆，柴油碳链更长，组成更为复杂，易造成催化剂积碳。煤油则具有安全可靠、发电效率高、储运方便、质量和体积能量密度高等优点，非常适用于sofc燃料电池发电，基于煤油燃料的重整制氢技术被认为是sofc电池氢源技术的主要发展方向之一，非常适用于船舶、汽车及分布式发电等。对比天然气，煤油碳链更长，需要预先脱碳后进行重整生成满足sofc电堆所需产品气，如典型电堆干产品气体积组分：h2：30％～61％，c1：70％～37％，c2：～0。因此，有必要对燃料电池发电系统的燃料重整器进行改进，以提升长碳链燃料(尤指煤油)的适用性。
技术实现思路
1、针对sofc电堆使用天然气导致储氢密度低及难储运等难题，本技术的目的在于提供一种内重整固体氧化物燃料电池发电系统，可适用天然气和煤油双燃料发电，拓宽了sofc发电系统的燃料适应性，提高了系统发电效率，降低了制储运氢难度及成本，具有安全高效、储运便捷及能量密度高的优点。
2、为了实现上述目的，本技术所采用的技术方案如下：
3、一种内重整固体氧化物燃料电池发电系统，包括燃料供应单元、供气单元、热管理单元与电堆，
4、所述燃料供应单元包括依序管路连接的燃料储罐、油气混合器、一级重整器与二级重整器，所述一级重整器的内部设有预重整催化剂，所述二级重整器的内部设有甲烷重整催化剂，并于所述一级重整器与二级重整器对应设置用于催化剂活化、系统起动及运行辅助控温的一级电加热器与二级电加热器；
5、所述供气单元包括水蒸气供应组件和空气供应组件，所述水蒸气供应组件与所述油气混合器连接，所述空气供应组件与所述电堆的阴极气入口连接；
6、所述热管理单元包括燃烧换热器，所述燃烧换热器的冷侧入口与所述二级重整器连接，且冷侧出口与所述电堆的阳极气入口连接，所述电堆的尾气出口与所述燃烧换热器的热侧连接。
7、一些技术方案中，所述一级重整器与二级重整器均包含内设的多层螺旋管道，所述多层螺旋管道同轴套设，且相邻两层螺旋管道之间，外层螺旋管道的原料输出端与内层螺旋管道的原料输入端连接，最外层螺旋管道的原料输入端与重整器入口接管连接，最内层螺旋管道的原料输出端与重整器出口接管连接。
8、一些技术方案中，所述多层螺旋管道均包含管道衬底与其外表面固定的螺旋流道翅片，相邻两层螺旋管道之间，外层螺旋管道的管道衬底与内层螺旋管道的螺旋流道翅片的间隙距离为0.5～1mm。
9、一些技术方案中，所述一级重整器内设的多层螺旋管道之间由外至内依次连通形成一级反应流道，所述预重整催化剂填充或涂覆至所述一级反应流道；所述二级重整器内设的多层螺旋管道之间由外至内依次连通形成二级反应流道，所述甲烷重整催化剂填充或涂覆至所述二级反应流道。
10、一些技术方案中，所述燃料供应单元还包括串接至所述二级重整器与燃烧换热器之间连接管路上的过滤器，
11、所述过滤器包括过滤器入口接管、外管道、过滤芯体及过滤器出口接管，所述外管道与所述过滤器入口接管连接，所述过滤芯体与所述过滤器出口接管连接，所述过滤芯体容设于所述外管道之内。
12、一些技术方案中，所述热管理单元还包括水蒸发器、空气换热器与余热利用换热器，
13、所述水蒸气供应组件通过所述水蒸发器与所述油气混合器连接；所述空气供应组件通过所述空气换热器与所述电堆的阴极气入口连接；所述水蒸气供应组件通过所述余热利用换热器与外部热水接管连接；
14、所述燃烧换热器的烟气出口依次与所述水蒸发器、空气换热器及余热利用换热器固定连接，以使燃烧换热器排出的烟气经过上述部件的热侧流道后最终通过所述余热利用换热器的出口排出。
15、一些技术方案中，所述水蒸气供应组件包括去离子水储罐与计量水泵，所述去离子水储罐通过所述计量水泵分别与所述水蒸发器、所述余热利用换热器连接；
16、和/或，所述空气供应组件包括风机与空压机，所述空压机的一端与所述风机连接，另一端与所述空气换热器连接。
17、一些技术方案中，所述燃烧换热器包含外壳及内置的换热盘管，所述换热盘管连通所述二级重整器与电堆的阳极气入口，所述换热盘管与所述外壳之间装填有保温材料；和/或，
18、所述水蒸发器采用管壳式或板式或板翅式结构，所述空气换热器采用板翅式或板式结构，及所述余热利用换热器采用板式或板翅式结构。
19、本技术采用以上技术方案至少具有如下的有益效果：
20、1.本技术提出的内重整固体氧化物燃料电池发电系统，可适用天然气和煤油双燃料发电，解决sofc电堆使用天然气导致储氢密度低及难储运等难题；液态煤油作为燃料，拓宽了sofc发电系统的燃料适应性，提高了系统发电效率，降低了制储运氢难度及成本，具有安全高效、储运便捷及能量密度高等优点；
21、2.本技术提出的内重整固体氧化物燃料电池发电系统，采用串联集成的分级重整器，在一级和二级重整器中装填预重整及甲烷重整催化剂，在一级重整器和二级重整器外壁面布置电加热器，为催化剂活化、系统起动及运行辅助控温，具有了重整产物可调、煤油转化率高、消除c2以上组分及能源利用率高等优点；
22、3.本技术提出的内重整固体氧化物燃料电池发电系统，将重整器设计为螺旋流道多行程结构，在重整器螺旋管道内负载或装填相应的催化剂，大幅增加了原料和催化剂接触时间，提高煤油及甲烷的转化效率；且催化剂热稳定性好、活性高、不易在螺旋管道内形成积碳，避免管道堵塞风险，可分级将煤油低碳化，获得目标产物；
23、4.本技术提出的内重整固体氧化物燃料电池发电系统，在二级重整器出口布置大面积高精度过滤器，过滤催化剂使用产生的粉末和灰尘，以防造成电堆堵塞及吸附在催化剂上造成性能衰减，过滤器采用外压过滤形式，过滤面积更大，结构简便、煤油转化率高、消除c2以上组分、能源利用率高，满足sofc电堆发电要求；
24、5.本技术提出的内重整固体氧化物燃料电池发电系统，结合过热水蒸气及煤油混合入口热量及流量本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种内重整固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，包括燃料供应单元、供气单元、热管理单元与电堆，
2.根据权利要求1所述的内重整固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，所述一级重整器与二级重整器均包含内设的多层螺旋管道，所述多层螺旋管道同轴套设，且相邻两层螺旋管道之间，外层螺旋管道的原料输出端与内层螺旋管道的原料输入端连接，最外层螺旋管道的原料输入端与重整器入口接管连接，最内层螺旋管道的原料输出端与重整器出口接管连接。
3.根据权利要求2所述的内重整固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，所述多层螺旋管道均包含管道衬底与其外表面固定的螺旋流道翅片，相邻两层螺旋管道之间，外层螺旋管道的管道衬底与内层螺旋管道的螺旋流道翅片的间隙距离为0.5～1mm。
4.根据权利要求2或3所述的内重整固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，所述一级重整器内设的多层螺旋管道之间由外至内依次连通形成一级反应流道，所述预重整催化剂填充或涂覆至所述一级反应流道；所述二级重整器内设的多层螺旋管道之间由外至内依次连通形成二级反应流道，所述甲烷重整催化剂填充或涂覆至所述二级
5.根据权利要求1所述的内重整固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，所述燃料供应单元还包括串接至所述二级重整器与燃烧换热器之间连接管路上的过滤器，
6.根据权利要求1所述的内重整固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，所述热管理单元还包括水蒸发器、空气换热器与余热利用换热器，
7.根据权利要求6所述的内重整固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，所述水蒸气供应组件包括去离子水储罐与计量水泵，所述去离子水储罐通过所述计量水泵分别与所述水蒸发器、所述余热利用换热器连接；
8.根据权利要求6所述的内重整固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种内重整固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，包括燃料供应单元、供气单元、热管理单元与电堆，
2.根据权利要求1所述的内重整固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，所述一级重整器与二级重整器均包含内设的多层螺旋管道，所述多层螺旋管道同轴套设，且相邻两层螺旋管道之间，外层螺旋管道的原料输出端与内层螺旋管道的原料输入端连接，最外层螺旋管道的原料输入端与重整器入口接管连接，最内层螺旋管道的原料输出端与重整器出口接管连接。
3.根据权利要求2所述的内重整固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，所述多层螺旋管道均包含管道衬底与其外表面固定的螺旋流道翅片，相邻两层螺旋管道之间，外层螺旋管道的管道衬底与内层螺旋管道的螺旋流道翅片的间隙距离为0.5～1mm。
4.根据权利要求2或3所述的内重整固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，所述一级重整器内设的多层螺旋管...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓笔财，杨振威，石汪权，周耀东，王书恒，孙春华，杜忠选，李海亮，王林涛，郭晓宁，刘俊毅，
申请(专利权)人：上海齐耀动力技术有限公司，
类型：新型
国别省市：
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