一种容许快速启动的新型固体氧化物燃料电池的制作方法

本实用新型涉及一种容许快速启动的新型固体氧化物燃料电池，属于燃料电池发电技术领域，具体用于固体氧化物燃料电池系统的启动运行。

背景技术：

固体氧化物燃料电池系统是一种高效清洁的电化学发电装置，除了具备一般燃料电池清洁、高效、无噪音等优点外，还有以下特点：（1）内部组成均为固态，避免了液态电解质的腐蚀和流失等问题；（2）无需使用液态电解质常用的昂贵的催化剂，也无催化剂退化问题；（3）燃料灵活，可直接利用多种燃料；（4）烟气温度较高，可进行余热综合利用。正是由于这些特点，使得固体氧化物燃料电池比其他类型燃料电池更适合建设规模较大的固定式发电系统，尤其是近年来分布式能源站迅速发展，使得固体氧化物燃料电池有了更广阔的应用空间。然而，固体氧化物燃料电池规模扩大后，会出现电堆体积过大，升温困难，启动速度慢，寿命及性能受循环次数影响大，损坏部件难以定位等问题。由于固体氧化物燃料电池堆是由多种材料衔接而成，如升温速度太快，或者温度梯度过大，都可能缩短电池堆内部电池片的使用寿命。正因如此，系统升温的速度受到严重约束，一般固体氧化物燃料电池常温启动的升温时间都长达十几个小时。而且如果电池片出现因升温降温带来的损坏，无法定位，只能任其性能逐渐衰退，到一定程度时候，整个电池堆都得更换。

有鉴于此，在公告号为201810469301 .7的专利文献中公开了一种固体氧化物燃料电池的启动方法及固体氧化物燃料电池，其中，启动方法为：将固体氧化物燃料电池的电堆分成至少两组，每组中的电堆数量为一个或多个，将燃烧器燃烧产生的热量逐组对每组电堆进行集中加热启动。

综上所述，目前还没有一种固体氧化物燃料电池系统可以合理，经济，高效的方法去解决固体氧化物燃料电池系统快速启动及电堆老化更换的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的容许快速启动的新型固体氧化物燃料电池。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：该容许快速启动的新型固体氧化物燃料电池，其结构特点在于：包括启动燃烧器、阳极尾气氧化器、重整器和电池堆，所述启动燃烧器与阳极尾气氧化器连接，所述阳极尾气氧化器与重整器连接，所述重整器与电池堆连接，所述电池堆与阳极尾气氧化器连接。

进一步地，所述容许快速启动的新型固体氧化物燃料电池还包括，启动燃烧器尾气管道、重整气体管道、电池堆阳极出气管道和电池堆阴极出气管道，所述启动燃烧器尾气管道的一端与启动燃烧器连接，所述启动燃烧器尾气管道的另一端与阳极尾气氧化器连接，所述重整气体管道的一端与重整器连接，所述重整气体管道的另一端与电池堆连接，所述电池堆阳极出气管道的一端和电池堆阴极出气管道的一端均与电池堆连接，所述电池堆阳极出气管道的另一端和电池堆阴极出气管道的另一端均与阳极尾气氧化器连接。

进一步地，所述容许快速启动的新型固体氧化物燃料电池还包括，启动燃烧器燃料进气管道、启动燃烧器空气进气管道、阳极尾气氧化器尾气管道、重整器进气管道和电池堆空气进气管道，所述启动燃烧器燃料进气管道和启动燃烧器空气进气管道均与启动燃烧器连接，所述阳极尾气氧化器尾气管道和重整器进气管道分别与阳极尾气氧化器和重整器连接，所述电池堆空气进气管道与电池堆连接。

进一步地，所述电池堆包括启动电池堆、常规电池堆和电池堆外壳，所述启动电池堆和常规电池堆均安装在电池堆外壳内，且启动电池堆与常规电池堆连接。

进一步地，所述常规电池堆的数量为多个，所述多个常规电池堆均与启动电池堆连接。

进一步地，所述常规电池堆的内部安装有用于引流的挡板。

进一步地，所述重整器与启动电池堆连接。

进一步地，本实用新型的另一个技术目的在于提供一种容许快速启动的新型固体氧化物燃料电池的启动方法。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的。

一种容许快速启动的新型固体氧化物燃料电池的启动方法，其特点在于：所述启动方法如下：容许快速启动的新型固体氧化物燃料电池在发电时是放热反应，电池堆的阳极和阴极均有高温，阳极尾气流经电池堆阳极出气管道进入到阳极尾气氧化器内，阴极尾气流经电池堆阴极出气管道进入到阳极尾气氧化器内，阳极尾气和阴极尾气在阳极尾气氧化器中进行催化反应，并释放出未反应的化学能；阳极尾气氧化器与重整器连接，容许快速启动的新型固体氧化物燃料电池在发电时，阳极尾气氧化器反应所排出的高温尾气满足重整器的加热要求，重整气燃料将通过重整器进气管道进入到重整器内，对重整器内的重整气燃料加热并重整，使得重整后的重整气体流经重整气体管道进入到电池堆，并达到所需的反应温度。

进一步地，当容许快速启动的新型固体氧化物燃料电池在室温状态启动时，通过启动燃烧器直接燃烧启动燃烧器燃料对阳极尾气氧化器进行加热，启动燃烧器燃料流经启动燃烧器燃料进气管道进入到启动燃烧器内，启动燃烧器空气流经启动燃烧器空气进气管道进入到启动燃烧器，并在启动燃烧器内汇合，两者燃烧反应生成的启动燃烧器尾气，启动燃烧器尾气逐渐将重整器和电池堆的温度逐渐升高。

进一步地，重整器重整后排出的重整气体流经重整气体管道，首先进入启动电池堆，再通过若干个连接管道分流到常规电池堆，与流经电池堆空气进气管道进入到电池堆的电池堆空气发生反应。

进一步地，与常规固体氧化物燃料电池系统相比，该容许快速启动的新型固体氧化物燃料电池中的电池堆分为常规电池堆和启动电池堆两部分，常规电池堆的容量比启动电池堆大若干倍。重整器出来的重整气体首先进入启动电池堆，再通过若干个连接管道分流到常规电池堆，两者之间有一定温度差。由于启动电池堆较小，可迅速升温，达到运行温度，率先进行发电，并通过启动电池堆的放热反应维持系统运行，逐渐加热常规电池堆。

进一步地，启动电池堆相当于重整气体分流的枢纽，进气流速高，升温速度快，温度梯度大，比常规电池堆容易损坏，因此可做成方便拆卸的独立单元，并预留备件，以便于运行期间出问题时可及时更换。

进一步地，在启动电池堆达到可发电温度时候，常规电池堆还处于缓慢升温阶段。此时启动电池堆提前进行小功率发电，并借此时间差进行必要的调试，确保系统其他部分正常，为接下来满功率运行做好准备，由此节省了系统启动时间，并提高了系统启动的可靠性。

进一步地，在启动电池堆正常运行的情况下，可撤掉启动燃烧器，将启动燃烧器移动到别的固体氧化物燃料电池系统进行启动，使得一个启动燃烧器可用于多个固体氧化物燃料电池系统，减少系统建设成本。

进一步地，启动电池堆的电池片可特制，采用更高等级的产品，更严格的检验，以应付更为严峻的升温速度和温度梯度的考验。

进一步地，每套系统可留一直两个新的启动电池堆作为备用，以便运行期间出问题时可及时更换。

进一步地，还可备一个与启动电池堆尺寸一致的空腔，如果备用的启动电池堆都无法运行，则通过此空腔替代启动电池堆与常规电池堆连接，作为分流气体的枢纽，加热效果与一般的固体氧化物燃料电池类似。

进一步地，根据具体的情况，选择常规电池堆与启动电池堆的容量比例，并选择分流管路的数量，维持预期的两者之间的温度差及时间差。

相比现有技术，本实用新型具有以下优点：

1、针对目前固体氧化物燃料电池启动升温慢的情况，本实用新型提出了一种容许快速启动的新型固体氧化物燃料电池，合理地去解决固体氧化物燃料电池系统快速启动问题，并通过启动电池堆承受较大的温度差，局部加速折旧并拆卸更换，在一定程度上缓解了常规电池堆老化需整机更换的问题。

2、通过对启动电池堆的快速升温，使得固体氧化物燃料电池系统得以较快发电，并利用常规电池堆升温的时间，去对系统进行调试，仪表检查，参数矫正等工作，确保电池堆以外的其他部件正常，为接下来满功率运行赢得时间。

3、与此同时，可以提前把启动燃烧器撤离，用于别的系统加热，使得一个启动燃烧器可用于多个固体氧化物燃料电池系统，减少系统建设成本。

4、由于启动电池堆相当于重整气体分流的枢纽，进气流速高，升温速度快，承受的温度梯度大，比常规电池堆容易损坏，做成方便拆卸更换的独立单元，并预留备件以便于运行期间出问题时可及时更换，在一定程度上缓解了常规电堆老化需整机更换的问题。

5、综合以上几点改进，本实用新型所描述的一种容许快速启动的新型固体氧化物燃料电池缩短了固体氧化物燃料电池的启动时间，提高了运行可靠性，缓解了整机老化更换的问题，从而大大提高了固体氧化物燃料电池的经济性和市场竞争力，有利于大规模商业化推广运行。

附图说明

图1是本实用新型实施例的容许快速启动的新型固体氧化物燃料电池的连接关系示意图。

图2是本实用新型实施例的电池堆的连接关系示意图。

标号说明：启动燃烧器1、阳极尾气氧化器2、重整器3、启动电池堆4、常规电池堆5、电池堆外壳6、电池堆7、启动燃烧器燃料进气管道G1、启动燃烧器空气进气管道G2、启动燃烧器尾气管道G3、阳极尾气氧化器尾气管道G4、重整器进气管道G5、重整气体管道G6、电池堆空气进气管道G7、电池堆阳极出气管道G8、电池堆阴极出气管道G9。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1至图2所示，须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中若用引用如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

本实施例中的容许快速启动的新型固体氧化物燃料电池，包括启动燃烧器1、阳极尾气氧化器2、重整器3、电池堆7，启动燃烧器燃料进气管道G1、启动燃烧器空气进气管道G2、启动燃烧器尾气管道G3、阳极尾气氧化器尾气管道G4、重整器进气管道G5、重整气体管道G6、电池堆空气进气管道G7、电池堆阳极出气管道G8和电池堆阴极出气管道G9。

本实施例中的所述启动燃烧器1与阳极尾气氧化器2连接，所述阳极尾气氧化器2与重整器3连接，所述重整器3与电池堆7连接，所述电池堆7与阳极尾气氧化器2连接，具体所述启动燃烧器尾气管道G3的一端与启动燃烧器1连接，所述启动燃烧器尾气管道G3的另一端与阳极尾气氧化器2连接，所述重整气体管道G6的一端与重整器3连接，所述重整气体管道G6的另一端与电池堆7连接，所述电池堆阳极出气管道G8的一端和电池堆阴极出气管道G9的一端均与电池堆7连接，所述电池堆阳极出气管道G8的另一端和电池堆阴极出气管道G9的另一端均与阳极尾气氧化器2连接；所述启动燃烧器燃料进气管道G1和启动燃烧器空气进气管道G2均与启动燃烧器1连接，所述阳极尾气氧化器尾气管道G4和重整器进气管道G5分别与阳极尾气氧化器2和重整器3连接，所述电池堆空气进气管道G7与电池堆7连接。

本实施例中的所述电池堆7包括启动电池堆4、常规电池堆5和电池堆外壳6，所述启动电池堆4和常规电池堆5均安装在电池堆外壳6内，且启动电池堆4与常规电池堆5连接；所述常规电池堆5的数量为多个，所述多个常规电池堆5均与启动电池堆4连接；所述常规电池堆5的内部安装有用于引流的挡板；所述重整器3与启动电池堆4连接。

本实施例中的容许快速启动的新型固体氧化物燃料电池的启动方法，所述启动方法如下：容许快速启动的新型固体氧化物燃料电池在发电时是放热反应，电池堆7的阳极和阴极均有高温，阳极尾气流经电池堆阳极出气管道G8进入到阳极尾气氧化器2内，阴极尾气流经电池堆阴极出气管道G9进入到阳极尾气氧化器2内，阳极尾气和阴极尾气在阳极尾气氧化器2中进行催化反应，并释放出未反应的化学能；阳极尾气氧化器2与重整器3连接，容许快速启动的新型固体氧化物燃料电池在发电时，阳极尾气氧化器2反应所排出的高温尾气满足重整器3的加热要求，重整气燃料将通过重整器进气管道G5进入到重整器3内，对重整器3内的重整气燃料加热并重整，使得重整后的重整气体流经重整气体管道G6进入到电池堆7，并达到所需的反应温度。

本实施例中，当容许快速启动的新型固体氧化物燃料电池在室温状态启动时，通过启动燃烧器1直接燃烧启动燃烧器燃料对阳极尾气氧化器2进行加热，启动燃烧器燃料流经启动燃烧器燃料进气管道G1进入到启动燃烧器1内，启动燃烧器空气流经启动燃烧器空气进气管道G2进入到启动燃烧器1，并在启动燃烧器1内汇合，两者燃烧反应生成的启动燃烧器尾气，启动燃烧器尾气逐渐将重整器3和电池堆7的温度逐渐升高。

本实施例中的重整器3重整后排出的重整气体流经重整气体管道G6，首先进入启动电池堆4，再通过若干个连接管道分流到常规电池堆5，与流经电池堆空气进气管道G7进入到电池堆7的电池堆空气发生反应。

与常规固体氧化物燃料电池系统相比，该容许快速启动的新型固体氧化物燃料电池中的电池堆7分为常规电池堆5和启动电池堆4两部分，常规电池堆5的容量比启动电池堆4大若干倍。

常规电池堆5内部可做一些挡板引流气体，使得分流均匀，维持常规电池堆5与启动电池堆4之间的温度差。电池堆外壳6需做好保温，减少热损失。

由于启动电池堆4较小，大量高温气体流过，可迅速升温，达到运行温度，率先进行发电，并通过启动电池堆4的放热反应维持系统运行，逐渐加热常规电池堆5。

启动电池堆4相当于重整气体的分流枢纽，进气流速高，升温速度快，温度梯度大，比常规电池堆5容易损坏，因此可做成方便拆卸的独立单元，每套系统可留一直两个新的启动电池堆4作为备用，以便运行期间出问题时可及时更换。在启动电池堆4达到可发电温度时候，常规电池堆5还处于缓慢升温阶段。

此时启动电池堆4提前进行小功率发电，并借此时间差进行必要的调试，确保系统其他部分正常，为接下来满功率运行做好准备，由此节省了系统启动时间，并提高了系统启动的可靠性。

在启动电池堆4正常运行的情况下，可撤掉启动燃烧器1，将启动燃烧器1移动到别的固体氧化物燃料电池系统进行启动，使得一个启动燃烧器4可用于多个固体氧化物燃料电池系统，减少系统建设成本。

启动电池堆4的电池片可特制，采用更高等级的产品，更严格的检验，以应付更为严峻的升温速度和温度梯度的考验。

还可备一个与启动电池堆4尺寸一致的空腔，如果备用的启动电池堆4都无法运行，则通过此空腔替代启动电池堆4与常规电池堆5连接，作为分流气体的枢纽，加热效果与一般的固体氧化物燃料电池类似。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。