高温燃料电池和旋转热机的联合发电系统的制作方法
【专利摘要】工作温度范围500℃至1000℃的高温燃料电池和功率300千瓦以下旋转热机的联合发电系统，包括电力输送系统和至少一个发电单元；该发电单元又包括至少一套将高温燃料电池装置和至少一台旋转热机发电机。所述高温燃料电池装置包括至少一组燃料电池堆单元以及与各燃料电池堆单元连接的空气管道系统和燃气管道系统；燃气和空气在燃料电池堆单元中发生电化学反应产生电能；各燃料电池堆单元环形设置使中间形成热空气腔；旋转热机发电机高温吸热端嵌置于热空气腔中吸收空气热量转换为机械能，经发电机转换为电能输出。高温燃料电池与旋转热机发电机结合将余热转化为电能提高了发电效率，且结构简单体积小便于分布式应用。
【专利说明】
高温燃料电池和旋转热机的联合发电系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及直接转变化学能为电能的装置和非变容式机器或发动机联合的发电装置和系统，尤其涉及工作温度大于500摄氏度的燃料电池堆和与其功率匹配的旋转热机联合组成的发电装置和系统。
【背景技术】
[0002]多年来人们一直在努力寻找既有较高的能源利用效率又不污染环境的能源利用方式，现有技术燃料电池就是这样一类比较理想的发电方式，目前全球燃料电池与燃料电池堆栈(Stacks)技术发展迅速。燃料电池(Fuel Cell)是通过电化学反应将存储在碳氢化合物燃料中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，通过阳极中的氢氧化反应和阴极中的氧化还原反应将化学能直接转化为电能。燃料电池用途广泛，既可应用于军事、空间、发电厂领域，也可应用于机动车、移动设备、居民家庭等领域。
[0003]燃料电池通过化学反应产生电能，中间不经过燃烧过程，其发电效率不受卡诺循环的限制，能量转化效率高;燃料电池系统的燃料到电能转换效率通常在45%?60%，远远大于火力发电和核能发电大约30%?40%的效率。发电使用的燃料，譬如，煤，石油和生物质，通过气化反应，产生氢气。这个过程不是开放的燃烧反应，不对环境造成污染。燃料电池的发电过程是氢和氧发生化学反应，产生纯净的水，对环境也没有污染。
[0004]燃料电池发电站的安装地点灵活，占地面积小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，十分方便。燃料电池无论作为集中电站还是分布式电站，或是作为住宅或商业小区、工厂、大型建筑物的独立电站都非常合适。负荷响应快，运行质量高;燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率。
[0005]燃料电池按其工作温度在不同范围，通常区分为低温的和高温的两类。碱性燃料电池(alkaline fuel cell缩写为AFC，工作温度为100°C)、固体高分子型质子膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell缩写为PEMFC，也称为质子膜燃料电池，工作温度为100°C以内)和磷酸型燃料电池(Phosphoric Acid Fuel Cell缩写为PAFC，工作温度为200°C)称为低温燃料电池；而恪融碳酸盐型燃料电池(molten carbonate fuel cell缩写为MCFC，工作温度为650°C)和固体氧化型燃料电池(solid oxide fuel cell缩写为S0FC，工作温度为750°C?1000°C)称为高温燃料电池。高温燃料电池，在无其他触媒作用的情况下即可直接在内部将天然气主成份CH4改质成出加以利用，并且煤气的主要成份CO也可以直接作为燃料利用。
[0006]当然高温燃料电池发电过程中，没有转换成电能的那些能量，形成了高温热能，有很好的热发电能力。一些已公开的利用燃料电池余热的技术，如专利CN1218421C，主要是通过与燃气轮机结合，组成联合发电系统；也有与蒸气锅炉结合，通过汽轮机来发电。这些技术所依赖的燃气轮机、锅炉和汽轮机都是大型设备，其发电功率都是在I兆瓦以上，投资和建设规模都很大，且汽轮机停止工作时整个发电系统都将停止。这些技术适用于大型的发电系统，对于小微型高温燃料电池发电设备和小型的分布式高温燃料电池发电站等应用场合却并不适用。
[0007]高温燃料电池是体积小的发电设备，大规模发电是通过大量的燃料电池串联和并联来实现的。在整个系统中，部分燃料电池停止工作，不会影响整个发电系统的工作。发电容量的调节通过开启工作燃料电池的数量来实现，让每个燃料电池都在最佳点工作。正是因为这个特点，燃料电池非常适合构建分布式发电和供电系统。在分布式的高温燃料电池发电和供电系统的余热利用方面，如果也能做到将余热利用分散，当部分的余热利用停止时，不会影响整个系统的余热利用停止，这样整个发电和供电系统的效率和稳定性都将得到提尚。
[0008]为了更好利用小微型高温燃料电池发电系统发电过程中的热能，本实用新型将高温燃料电池与旋转热机发电机结合，构成效率更高的联合发电系统。
【实用新型内容】
[0009]本实用新型要解决的技术问题在于避免上述现有技术对于小微型高温燃料电池发电系统的热能不能被完全利用的不足之处，而提出一种高温燃料电池与旋转热机发电机联合的发电系统，通过旋转热机发电机有效利用高温燃料电池发电系统的余热，提高能源综合利用效率，同时也提高了系统电力输出的稳定性和可维护性。
[0010]本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是一种工作在500°C至1000°C范围的高温燃料电池和功率300千瓦以下旋转热机的联合发电系统，包括至少一个发电单元和用于电能传输的电力输送系统;该发电单元又包括至少一套将输入燃气经电化学反应直接变换为电能的高温燃料电池装置和至少一台将所述高温燃料电池装置的热能转化为电能的旋转热机发电机;所述高温燃料电池装置包括与电力输送系统电连接的至少一组燃料电池堆单元、空气管道系统和燃气管道系统;所述空气管道系统与各燃料电池堆单元的燃料电池堆空气进、出口连接，所述燃气管道系统与各燃料电池堆单元的燃料电池堆燃气进、出口连接;燃气和空气在各燃料电池堆单元中发生电化学反应产生的电能经输出电极传送至电力输送系统，对外输出电力;所述各燃料电池堆单元呈环形设置，以使所述高温燃料电池装置中央部位形成热空气腔;所述将热能转换为电能的旋转热机发电机，包括共轴线连接的旋转体、驱动电机和发电机;所述驱动电机用于启动和保持旋转热机发电机旋转体的旋转;所述旋转体包括高温吸热端和低温散热端;所述高温吸热端嵌置于热空气腔中吸收空气热量，吸收到的热能在旋转体中转换为机械能，经与旋转体共轴线连接的发电机转换为电能，输出到电力输送系统对外输出电力。
[0011]所述空气管道系统包括空气进气管、空气进气流量阀门和空气出气管;所述空气进气管经空气进气流量阀门与空气通道连接，空气通道又与各燃料电池堆单元的燃料电池堆空气进气口连接，各燃料电池堆单元的空气出气口连接到热空气腔;所述空气通道设置在各燃料电池堆单元的外围，与燃料电池堆空气进气口连接;空气从空气进气管进入后，依次经过空气进气流量阀和空气通道，又经燃料电池堆空气进气口进入燃料电池堆单元进行电化学反应;反应后的废空气经燃料电池堆空气出气口进入热空气腔，空气出气管与热空气腔连接，将所述废空气引出热空气腔。
[0012]所述燃气管道系统包括燃气进气管、燃气进气流量阀和燃气出气管;所述燃气进气管经燃气进气流量阀与各燃料电池堆单元的燃料电池堆燃料进气口连接，各燃料电池堆单元的燃料电池堆出气口与燃气出气管连接;燃气从燃气进气管进入后，依次经过燃气进气流量阀和燃料电池堆燃料进气口，进入燃料电池堆单元进行电化学反应;反应后的燃气经燃料电池堆出气口从燃气出气管排出。
[0013]所述高温燃料电池装置还包括用于高温燃料电池装置保温的保温外壳;所述燃料电池堆单元、空气通道和热空气腔均设置在所述保温外壳内部;所述空气管道系统、所述燃气管道系统和电力输送系统均穿过保温外壳进入燃料电池堆单元，分别与燃料电池堆空气进出气口、燃料电池堆燃气进出气口和燃料电池堆电力输出电极连接。
[0014]所述的联合发电系统，还包括电控系统;所述电控系统与旋转热机发电机的驱动电机电连接，通过控制驱动电机的旋转速度调整旋转热机发电机的输出电量。
[0015]所述电控系统与空气进气流量阀电连接，通过控制进入的空气流量调节高温燃料电池装置的输出电量。
[0016]所述电控系统与燃气进气流量阀电连接，通过控制进入的燃气流量调节高温燃料电池装置的输出电量。
[0017]所述高温燃料电池装置还包括用于回收排出废燃气热量以提升进入燃气温度、降低排出废燃气温度的燃气换热器，所述燃气换热器包括用于热量交换的换热主体和与换热主体连接的低温燃气输入口、高温燃气输出口、高温废燃气输入口和低温废燃气输出口 ；低温燃气从燃气进气管直接地，或经燃气进气流量阀后再从低温燃气输入口进入换热主体，完成热交换后变成高温燃气从高温燃气输出口输出到燃料电池堆燃气进气口；从燃料电池堆燃气出气口输出的废燃气经高温废燃气输入口进入换热主体进行热交换后变成低温废燃气从低温废燃气输出口排出到燃气出气管。
[0018]所述高温燃料电池装置还包括用于提高空气温度的空气加热系统;所述空气加热系统包括鼓风机、空气换热器和空气加热器以及低温空气输入口、高温空气输出口、高温废空气输入口和低温废空气输出口；鼓风机从大气中获取的低温空气从低温空气输入口进入空气换热器，完成热交换后变成高温空气、从高温空气输出口输出到空气加热器，并加热到燃料电池工作所需的空气温度，再输入到空气管道系统的空气进气管;从空气管道系统的空气出气管输出的废空气，经高温废空气输入口进入空气换热器进行热交换后，变成低温废空气从低温废空气输出口排出到大气中。
[0019]所述的联合发电系统，包括用于将所述旋转热机发电机与高温燃料电池装置固定连接的连接支架;所述驱动电机和发电机的定子与连接支架固定连接，所述连接支架与高温燃料电池装置固定连接。
[0020]同现有技术相比较，本实用新型的有益效果是:1、高温燃料电池装置与旋转热机发电机结合后使得每个发电单元有独立的余热发电利用设施，旋转热机发电机运行与燃料电池装置的功率匹配，确保燃料电池装置和旋转热机发电机始终处于最佳配合状态，提高了系统的综合发电效率;2、结构上将旋转热机发电机的高温吸热端直接放入燃料电池装置的中心，在最小的距离范围内吸收燃料电池排出空气的热量，以及燃料电池的辐射热量;并且旋转热机发电机的低温散热端放置在燃料电池发电组保温外壳的外面，直接向环境散热，结构简单、吸热和散热效果好，维护方便;3、各发电单元可灵活连接及启停，轻松实现系统发电量总的控制，同时方便系统维护;4、高温燃料电池装置与旋转热机发电机结合后的发电单元体积小，结构简单，易于运输到电站建设地点，安装简单方便，适合电站的快速建设和扩容。
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型高温燃料电池和旋转热机的联合发电系统优选实施例结构的轴测投影示意图；
[0022]图2是所述优选实施例之高温燃料电池装置120的轴测投影示意图；
[0023]图3是图2轴测投影沿直径方向剖切后，内部结构的轴测投影示意图；
[0024]图4是所述优选实施例中高温燃料电池装置120除去外壳121顶盖后的轴测投影结构示意图；
[0025]图5是所述优选实施例中高温燃料电池装置120除去外壳121底盖后的轴测投影结构示意图；
[0026]图6是图1正投影的剖面结构示意图；
[0027]图7是本实用新型优选实施例的系统框架示意图之一；
[0028]图8是本实用新型优选实施例包括燃气换热器280的系统框架示意图之二；
[0029]图9是本实用新型优选实施例之空气加热系统290的框架示意图。
【具体实施方式】
[0030]以下结合各附图对本实用新型的实施方式做进一步详述。
[0031]如图1至7所示，本实用新型的优选实施例之一包括至少一个发电单元100和用于电能传输的电力输送系统500;该发电单元100又包括至少一套将输入燃气经电化学反应直接变换为电能的高温燃料电池装置120和至少一台将所述高温燃料电池装置120的热能转化为电能的旋转热机发电机130;所述高温燃料电池装置120包括与电力输送系统500电连接的至少一组燃料电池堆单元125、空气管道系统260和燃气管道系统270;所述空气管道系统260与各燃料电池堆单元125的燃料电池堆空气进、出口 1252，1254连接，所述燃气管道系统270与各燃料电池堆单元125的燃料电池堆燃气进、出口 1256，1258连接;燃气和空气在各燃料电池堆单元125中发生电化学反应产生的电能经输出电极传送至电力输送系统500，对外输出电力;所述各燃料电池堆单元125呈环形设置，以使所述高温燃料电池装置120中央部位形成热空气腔124;所述将热能转换为电能的旋转热机发电机130，包括共轴线连接的旋转体132、驱动电机133和发电机134;所述驱动电机133用于启动和维持旋转热机发电机130的旋转体132的旋转，旋转体132和驱动电机133—起做绕共轴线转动;所述旋转体132包括高温吸热端1321和低温散热端1322;所述高温吸热端1321嵌置于热空气腔124中吸收空气热量，吸收到的热能在旋转体132中转换为机械能，经与旋转体132共轴线连接的发电机134转换为电能，输出到电力输送系统500对外输出电力。联合发电系统可以根据实际功率需求来配置发电单元的数量。
[0032]如图1至7所示，所述空气管道系统260包括空气进气管261、空气进气流量阀门262和空气出气管266 ;所述空气进气管261经空气进气流量阀门262连接空气通道265，与各燃料电池堆单元125的燃料电池堆空气进气口 1252连接，各燃料电池堆单元125的空气出气口 1254连接到热空气腔124;所述空气通道265设置在各燃料电池堆单元125的外围;进入燃料电池堆单元125进行电化学反应;反应后的废空气经燃料电池堆空气出气口 1254进入热空气腔124，空气出气管266与热空气腔124连接，将所述废空气引出热空气腔124。
[0033]所述燃气管道系统270包括燃气进气管271、燃气进气流量阀272和燃气出气管276;所述燃气进气管271经燃气进气流量阀272与各燃料电池堆单元125的燃料电池堆燃料进气口 1256连接，各燃料电池堆单元125的燃料电池堆出气口 1258与燃气出气管276连接;燃气从燃气进气管270进入后，依次经过燃气进气流量阀272和燃料电池堆燃料进气口1256，进入燃料电池堆单元125进行电化学反应;反应后的燃气经燃料电池堆出气口 258从燃气出气管276排出。
[0034]所述高温燃料电池装置120还包括用于高温燃料电池装置120保温的保温外壳121;所述燃料电池堆单元125、空气通道265和热空气腔124均设置在所述保温外壳121内部;所述空气管道系统260、所述燃气管道系统270和电力输送系统500均穿过保温外壳121进入燃料电池堆单元125，分别与燃料电池堆空气进出气口 1252，1254、燃料电池堆燃气进出气口 1256，1258和燃料电池堆电力输出电极连接。
[0035]如图7所示，所述的联合发电系统还包括电控系统600;所述电控系统600与旋转热机发电机130的驱动电机133电连接，通过控制驱动电机133的旋转速度调整旋转热机发电机130的输出电量。
[0036]如图7所示，所述电控系统600与空气进气流量阀262电连接，通过控制进入的空气流量调节高温燃料电池装置120的输出电量。所述电控系统600与燃气进气流量阀272电连接，通过控制进入的燃气流量调节高温燃料电池装置120的输出电量。电控系统600还包括适量的传感器，测量系统的运行状况。
[0037]如图7所示，所述空气出气管266之前还包括空气出气流量控制阀264;所述燃气出气管276之前还包括燃气出气流量控制阀274。
[0038]所述空气管道系统260可以用于输入空气、氧气或其他具有氧气或空气同等性能的其他具备氧化性能的气体。
[0039]如图8所示，所述高温燃料电池装置120还包括用于回收排出废燃气热量以提升进入燃气温度、降低排出废燃气温度的燃气换热器280，所述燃气换热器280包括用于热量交换的换热主体281和与换热主体281连接的低温燃气输入口 282、高温燃气输出口 284、高温废燃气输入口 283和低温废燃气输出口 285;低温燃气从燃气进气管270直接地，或经燃气进气流量阀272后再从低温燃气输入口 282进入换热主体281，完成热交换后变成高温燃气从高温燃气输出口 284输出到燃料电池堆燃气进气口 1256;从燃料电池堆燃气出气口 1258输出的废燃气经高温废燃气输入口 283进入换热主体281进行热交换后变成低温废燃气从低温废燃气输出口 285排出到燃气出气管276。
[0040]如图9所示，所述高温燃料电池装置120还包括用于提高空气温度的空气加热系统290;所述空气加热系统290包括鼓风机296、空气换热器297和空气加热器298以及低温空气输入口 292、高温空气输出口 294、高温废空气输入口 293和低温废空气输出口 295 ;鼓风机296从大气中获取空气，经增压后从低温空气输入口 292进入空气换热器297，完成热交换后变成高温空气、从高温空气输出口 294输出到空气加热器298，并加热到燃料电池工作所需的空气温度，再输入到空气进气管261;从空气出气管266输出的废空气，经高温废空气输入口 293进入空气换热器297进行热交换后，变成低温废空气从低温废空气输出口 295大气中。
[0041]如图1和6所示，包括用于将所述旋转热机发电机130与高温燃料电池装置120固定连接的连接支架160;所述驱动电机133和发电机134的定子与连接支架160固定连接，所述连接支架160与高温燃料电池装置120固定连接。
[0042]如图1和6所示，所述将热能转换为电能的旋转热机发电机130，包括共轴线连接的旋转体132、驱动电机133和发电机134;所述驱动电机133用于驱动旋转热机发电机130的旋转体132做绕共轴线转动;所述驱动电机133用于旋转体1320初始启动。所述旋转体132可以和发电机134直接连接;所述驱动电机133的转轴和定子也可以分别与发电机134的转轴和定子相连。联合发电系统可以通过控制驱动电机133的旋转速度可调整旋转式热机发电机130的输出电量。
[0043]本实用新型优选的高温燃料电池装置为固体氧化物燃料电池(SOFC)以陶瓷材料为主构成，电解质通常采用氧化锆ZrO2,它构成了02—的导电体氧化钇(Y2O3)作为稳定化氧化锆(YSZ)而采用。电极中燃料极采用Ni与YSZ复合多孔体构成金属陶瓷，空气极采用氧化镧锰LaMnO3氧化镧铬隔板采用LaCrO3t3固体氧化物燃料电池的高温燃料电池反应式如下:
[0044]燃料极:H2+02—==H20+2e—
[0045]空气极:l/202+2e—==02—
[0046]全体:Η2+1/202==Η20
[0047]燃料极，出经电解质而移动，与02—反应生成H2O和e—。空气极，由O2和e—生成O2—。全体同其他燃料电池一样由出和02生成H20。因SOFC属于高温工作型，在无其他触媒作用的情况下即可直接在内部将天然气主成份CH4改质成出加以利用，并且煤气的主要成份CO可以直接作为燃料利用。
[0048]固体氧化物燃料电池的工作温度范围包括600°C?1000°C，优选的温度还可以是600°C至750°C或750°C至850°C。固体氧化物燃料电池很少需要对燃料处理，内部重整、内部热集成、内部集合管使系统设计更为简单，且与燃气轮机及其他设备也很容易进行高效热电联产。在800°C下进行了实验，效果良好，可将其制成25?10kW级和50?200kW级高温燃料电池装置和旋转热机发电机联合发电系统，供家庭或商业应用。
[0049]当然本实用新型中的高温燃料电池装置还可以是高温工作范围500°C至1000°C范围的其他类型的高温燃料电池装置，如碳酸盐燃料电池装置，质子交换膜燃料电池装置。
[0050]所述高温燃料电池装置的燃气系统使用的燃气包括有，氢气，天然气和煤气等，与其对应燃气管道也适用于具体不同类型的燃气。最简单的是直连天然气管道。复杂一点是利用排出废燃气的燃烧热量，对天然气进行重整，转换为氢气，再送入发电单元。可以在燃气管道中增加对煤和天然气进行气化的装置和设备。
[0051 ]所述旋转热机发电机130的功率范围根据高温燃料电池装置的温度和功率范围进行匹配。例如，燃料电池发电机输入燃料的低热值功率是100千瓦，燃料电池发电机在新的时候发电效率是60%，运行一段时间后燃料电池发电机发电效率变化为50%，则可以选择热机的吸热功率是在40千瓦至50千瓦之间以适应燃料电池不同的运行状态;若热机的发电效率是30%，则热机的发电功率在12千瓦至15千瓦之间。
[0052]本实用新型中优选的旋转热机发电机130可以是如CN102121419B中所公开的旋转式温差动力装置为核心的发电装置;也可以是其他形式适用于高温燃料电池匹配适用的旋转热机发电机。高温燃料电池的工作温度范围不同与其配合的旋转热机发电机也可以做相应的调整变化，使两者匹配达到最优的运行效率。高温燃料电池装置可接受电控系统的控制，以控制高温燃料电池装置的燃料和空气流量以及反应条件从而控制其输出功率，同时旋转热机发电机也接受电控系统的控制使其运行状态最佳并与高温燃料电池装置运行状态匹配最佳。
[0053]CN102121419B中所公开的旋转式温差动力装置，包括进气导流圆盘和转子;进气导流圆盘内部的导流叶片呈弯曲状，两两之间形成进气导流通道;转子包括低温叶轮、高温叶轮及固定在转子上的加热器;低温叶轮的内径大于高温叶轮的内径，且两者分别固定于转子的两端部;进气导流圆盘置于低温叶轮一端，其进气导流通道和低温叶轮、加热器、高温叶轮相连通形成气流通道;该种旋转式温差动力装置结构简单、成本较低，同时可以使用太阳能、燃气等作为能源，在高温叶轮和低温叶轮温差较小的情况下还可以使用辅助加热设备进行加热，辅助加热设备的使用使转子输出机械能更加稳定。
[0054]本实用新型将燃料电池发电系统分解为多个发电单元，每个发电单元有独立的燃料和空气供应以及输电和电控系统。即每个发电单元有独立的余热利用设施。各发电单元可以串联或者并联;当需要对发电单元进行维护时，可单独停止一个发电单元的运行，其它发电单元继续工作为整个发电系统提供稳定的电力输出。在发电运行时，同时通过启停发电单元的数量，实现系统发电总量的控制。
[0055]在发电单元的结构上将旋转热机发电机高温吸热端直接放入燃料电池装置的中心，在最小的距离范围内吸收燃料电池装置排出空气的热量，以及燃料电池装置的辐射热量;并且旋转热机发电机的低温散热端放置在燃料电池装置保温外壳之外，直接向环境散热。这样的结构简单，吸热和散热效果好，维护方便。
[0056]本实用新型的优选实施例是采用旋转热机发电机，当然也可以采用其他形式的非旋转式的热机;在优选实施例中的旋转热机发电机体积小，结构简单，尤其适合与燃料电池装置结合，组成高效的发电系统。旋转热机运行的启停可与燃料电池装置的运行同步，确保燃料电池装置和旋转热机发电机始终处于最佳配合状态。
[0057]燃料电池装置与旋转热机发电机结合的独立发电单元，体积能够控制在普通货车和集装箱运输的范围内，易于运输到电站建设地点。安装简单方便，适合电站的快速建设和扩容。
[0058]本实用新型的燃料电池装置与旋转热机发电机联合能够实现很高发电效率。当用于建筑物附近时，能够实现热电联产。通常的燃料电池装置的低热值发电效率在50%至60%。旋转热机发电机的余热发电效率在30%至40%。这样联合发电效率能达到65%至76%，有效地实现节约能源，减少二氧化碳的排放。
[0059]以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种工作在500°C至1000°C范围的高温燃料电池和功率300千瓦以下旋转热机的联合发电系统，包括至少一个发电单元(100)和用于电能传输的电力输送系统(500);该发电单元(100)又包括至少一套将输入燃气经电化学反应直接变换为电能的高温燃料电池装置(120)和至少一台将所述高温燃料电池装置(120)的热能转化为电能的旋转热机发电机(130); 所述高温燃料电池装置(120)包括与电力输送系统(500)电连接的至少一组燃料电池堆单元(125)、空气管道系统(260)和燃气管道系统(270);所述空气管道系统(260)与各燃料电池堆单元(125)的燃料电池堆空气进、出口(1252，1254)连接，所述燃气管道系统(270)与各燃料电池堆单元(125)的燃料电池堆燃气进、出口(1256，1258)连接;燃气和空气在各燃料电池堆单元(125)中发生电化学反应产生的电能经输出电极传送至电力输送系统(500)，对外输出电力； 所述各燃料电池堆单元(125)呈环形设置，以使所述高温燃料电池装置(120)中央部位形成热空气腔(124); 所述将热能转换为电能的旋转热机发电机(130)，包括共轴线连接的旋转体(132)、驱动电机(133)和发电机(134);所述驱动电机(133)用于启动和保持热机发电机(130)的旋转体(132)的旋转； 所述旋转体(132)包括高温吸热端(1321)和低温散热端( 1322);所述高温吸热端(1321)嵌置于热空气腔(124)中吸收空气热量，吸收到的热能在旋转体(132)中转换为机械能，经与旋转体(132)共轴线连接的发电机(134)转换为电能，输出到电力输送系统(500)对外输出电力。2.根据权利要求1所述的联合发电系统，其特征在于: 所述空气管道系统(260)包括空气进气管(261),空气进气流量阀门(262)和空气出气管(266)； 所述空气进气管(261)经空气进气流量阀门(262)与空气通道(265)连接，空气通道(265)又与各燃料电池堆单元(125)的燃料电池堆空气进气口(1252)连接，各燃料电池堆单元(125)的空气出气口(1254)连接到热空气腔(124); 所述空气通道(265)设置在各燃料电池堆单元(125)的外围；空气从空气进气管(261)进入后，依次经过空气进气流量阀(262)和空气通道(265)，又经燃料电池堆空气进气口(1252)进入燃料电池堆单元(125)进行电化学反应;反应后的废空气经燃料电池堆空气出气口(1254)进入热空气腔(124)，空气出气管(266)与热空气腔(124)连接，将所述废空气引出热空气腔(124)。3.根据权利要求2所述的联合发电系统，其特征在于: 所述燃气管道系统(270)包括燃气进气管(271)、燃气进气流量阀(272)和燃气出气管(276);所述燃气进气管(271)经燃气进气流量阀(272)与各燃料电池堆单元(125)的燃料电池堆燃料进气口(1256)连接，各燃料电池堆单元(125)的燃料电池堆出气口(1258)与燃气出气管(276)连接； 燃气从燃气进气管(270)进入后，依次经过燃气进气流量阀(272)和燃料电池堆燃料进气口(1256)，进入燃料电池堆单元(125)进行电化学反应;反应后的燃气经燃料电池堆出气口(258)从燃气出气管(276)排出。4.根据权利要求3所述的联合发电系统，其特征在于: 所述高温燃料电池装置(120)还包括用于高温燃料电池装置(120)保温的保温外壳(121);所述燃料电池堆单元(125)、空气通道(265)和热空气腔(124)均设置在所述保温外壳(121)内部； 所述空气管道系统(260)、所述燃气管道系统(270)和电力输送系统(500)均穿过保温外壳(121)进入燃料电池堆单元(125)，分别与燃料电池堆空气进出气口(1252，1254)、燃料电池堆燃气进出气口(1256，1258)和燃料电池堆电力输出电极连接。5.根据权利要求1所述的联合发电系统，其特征在于: 还包括电控系统(600);所述电控系统(600)与旋转热机发电机(130)的驱动电机(I33)电连接，通过控制驱动电机(133)的旋转速度调整旋转热机发电机(130)的输出电量。6.根据权利要求5所述的联合发电系统，其特征在于: 所述电控系统(600)与空气进气流量阀(262)电连接，通过控制进入的空气流量调节高温燃料电池装置(120)的输出电量。7.根据权利要求5所述的联合发电系统，其特征在于: 所述电控系统(600)与燃气进气流量阀(272)电连接，通过控制进入的燃气流量调节高温燃料电池装置(120)的输出电量。8.根据权利要求3所述的联合发电系统，其特征在于: 所述高温燃料电池装置(120)还包括用于回收排出废燃气热量以提升进入燃气温度、降低排出废燃气温度的燃气换热器(280)，所述燃气换热器(280)包括用于热量交换的换热主体(281)和与换热主体(281)连接的低温燃气输入口(282)、高温燃气输出口(284)、高温废燃气输入口( 283)和低温废燃气输出口( 285); 低温燃气从燃气进气管(270)直接地，或经燃气进气流量阀(272)后再从低温燃气输入口(282)进入换热主体(281)，完成热交换后变成高温燃气从高温燃气输出口(284)输出到燃料电池堆燃气进气口(1256);从燃料电池堆燃气出气口(1258)输出的废燃气经高温废燃气输入口(283)进入换热主体(281)进行热交换后变成低温废燃气从低温废燃气输出口(285)排出到燃气出气管(276)。9.根据权利要求2所述的联合发电系统，其特征在于: 所述高温燃料电池装置(120)还包括用于提高空气温度的空气加热系统(290); 所述空气加热系统(290)包括鼓风机(296)、空气换热器(297)和空气加热器(298)以及低温空气输入口(292)、高温空气输出口(294)、高温废空气输入口(293)和低温废空气输出口(295); 鼓风机(296)从大气中获取的低温空气从低温空气输入口(292)进入空气换热器(297)，完成热交换后变成高温空气、从高温空气输出口(294)输出到空气加热器(298)，并加热到燃料电池工作所需的空气温度，再输入到空气管道系统(260)的空气进气管(261);从空气管道系统(260)的空气出气管(266)输出的废空气，经高温废空气输入口(293)进入空气换热器(297)进行热交换后，变成低温废空气从低温废空气输出口(295)排出到大气中。10.根据权利要求1所述的联合发电系统，其特征在于: 包括用于将所述旋转热机发电机(I 30)与高温燃料电池装置(120)固定连接的连接支架(160);所述驱动电机(133)和发电机(134)的定子与连接支架(160)固定连接，所述连接支架(160)与高温燃料电池装置(120)固定连接。
【文档编号】H02K7/18GK205453398SQ201521092812
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月25日
【发明人】伍复军
【申请人】伍复军