一种高效余热回收可逆固体氧化物电池系统的制作方法

本发明属于能源转化，更具体地，涉及一种高效余热回收可逆固体氧化物电池系统。

背景技术：

1、可逆固体氧化物电池(rsoc)是一种固态电化学装置,它通常包括固体氧化物电池堆、燃料供应系统、氧化剂供应系统、热管理系统等关键的零部件。可逆固体氧化物电池(rsoc)可作为固体氧化物燃料电池(sofc)和固体氧化物电解电池(soec)交替运行。

2、目前，由于可逆固体氧化物电池(rsoc)在燃料电池模式下运行期间，常会因内部化学反应、电化学反应以及导电材料的电阻热等因素而产生带有余热的尾气。而相关技术中，大多将这些带有余热的尾气通过热交换进行简单的一次利用。如公开号为cn105576273a的专利文献，公开了一种可逆循环绿色能源转换系统及转换方法，该系统余热用于高温蒸汽的发生。

3、然而，尾气在经历简单的一次热交换后，尾气中往往还残余有不少余热；同时，尾气中偶尔还残留有一定未燃烧完全的燃料气体，使得尾气的余热利用率不高，影响整套可逆固体氧化物电池系统的能源利用率，亟需改进。

技术实现思路

1、为了提高尾气的余热利用率，本发明提供一种高效余热回收可逆固体氧化物电池系统。

2、本发明提供的一种高效余热回收可逆固体氧化物电池系统，采用如下的技术方案：

3、一种高效余热回收可逆固体氧化物电池系统，包括电池堆、用于向所述电池堆提供燃料气体的供气单元、用于接收所述电池堆输出的电能的供电单元、用于回收所述电池堆余热的供热单元，所述供热单元包括：后燃室，用于接收并燃烧所述电池堆阳极出口的尾气；第一换热器，用于接收所述后燃室燃烧后的尾气，对接收的尾气进行热交换，以回收尾气中的热量；预热组件，用于接收所述第一换热器热交换后的尾气，使尾气对供气单元输出的燃料气体进行预热。

4、通过采用上述技术方案，在进行燃料电池模式下运行时，供气单元向电池堆提供燃料气体，而后电池堆运行并产生电能，通过供电单元对电池堆产生的电能进行输出。而在电池堆的运行过程中，由电池堆阳极出口的尾气通过后燃室接收，并通过后燃室对尾气进行充分燃烧，以实现尾气中残余燃料的充分燃烧释放；而后尾气经第一换热器进行热交换，实现尾气余热的一次回收利用；而后第一回收后的尾气通入预热组件，通过预热组件使尾气对供气单元输出的燃料气体进行预热，从而实现尾气余热的二次利用，有效的提高了尾气的余热利用率。

5、在本可逆固体氧化物电池系统中，由于可逆固体氧化物电池系统呈单元化、模块化设计，使得可逆固体氧化物电池系统具有极好的灵活性、可重用性以及可维护性，能够方便研发人员进行可逆固体氧化物电池(rsoc)系统零部件的批量化研究、并行开发以及电池规模化制备，同时也便于后期测试和调试。

6、作为进一步优选的，所述供电单元包括：dc/dc转换器，与所述电池堆的输出端连接，用于输出直流电；dc/ac转换器，与所述dc/dc转换器的输出端连接，用于输出交流电。

7、通过采用上述技术方案，dc/dc转换器实现电压转换，输出的电力可以供给电网，输出直流电；也可以存储于储电设备中，为可逆固体氧化物电池的电解电池模式储存电能。而dc/ac转换器与dc/dc转换器的输出端连接，将直流电转换为交流电，向用户端供给生活用电。

8、作为进一步优选的，所述供气单元包括气罐以及供气件，所述气罐内存储有燃料气体，所述供气件驱使所述气罐中的燃料气体输向所述电池堆。

9、通过采用上述技术方案，设置的供气件驱使气罐中的气体输向电池堆，为电池堆提供充足的燃料气体，保障电池堆的稳定正常运行。

10、作为进一步优选的，还包括抽气件以及吸收式制冷器，所述抽气件用于使所述电池堆处流经冷却气体，所述吸收式制冷器用于回收流经所述电池堆的冷却气体，所述吸收式制冷器回收冷却气体中的热能并输出冷气。

11、通过采用上述技术方案，设置的抽气件使冷却气体流经电堆带走的热量，维持电池堆保持在合理温度内。而后吸收式制冷器回收冷却气体中的热能，并依托冷却气体中的热能进行冷气的输出，实现电池堆热能的合理利用。

12、作为进一步优选的，还包括第二换热器以及第一管道，所述第二换热器用于回收所述吸收式制冷器热交换后的冷却气体，所述第一管道与所述第二换热器连接，所述第一管道内流经有常温水，常温水流经所述第二换热器，并吸收热交换后的冷却气体的残留热量。

13、通过采用上述技术方案，由于冷却气体经吸收式制冷器进行热交换后，冷却气体中还含有不少的余热；为此，通过第二换热器对含有余热的冷却气体进行再次热交换，提高常温水的温度，为用户提供温度适宜的生活用水，并实现余热的高效利用。

14、作为进一步优选的，还包括储热水箱，所述储热水箱接收第二换热器中热交换后的水体。

15、通过采用上述技术方案，设置的储热水箱能够对温度较低的生活用水进行临时存储和保温，便于用户随时进行生活用水的使用。

16、作为进一步优选的，所述储热水箱与所述第一换热器的接收端之间连通有第二管道，所述第二管道用于向所述第一换热器输送水体，水体通过所述第一换热器吸收尾气中的热量。

17、通过采用上述技术方案，由于储热水箱中存储有一次加热后的生活用水，而该生活用水又经过第二管道输送至第一换热器处，使得第一换热器在进行电池堆尾气的热交换时，能够通过高温尾气对生活用水进行再次加热，从而为用户提供高温热水，同时实现电池堆尾气余热的合理再次利用，实现尾气利用系统与余热利用系统的结合。

18、作为进一步优选的，所述第二换热器的输出端口连接有供气管，所述第二换热器中被吸热后的冷却气体通过所述供气管流向所述电池堆。

19、通过采用上述技术方案，第二换热器的输出端口排出被吸热后的冷却气体，而后冷却气体流经电池堆进行吸热，吸热后的冷却气体在抽气件的输送下，冷却气体先流经吸收式制冷器，然后再流转入第二换热器，使得电池堆的降温气体形成了闭合循环回路，从而减少外部环境中导入空气时所存在的环境影响因素，保障电池堆运行的稳定。

20、作为进一步优选的，还包括储水箱，所述储水箱接收所述预热组件处预热后的尾气。

21、通过采用上述技术方案，设置的储水箱能够对尾气进行回收、存储，为电解模式提供电解原料。

22、作为进一步优选的，所述储水箱与所述第一管道之间连接有第三管道，所述第三管道中设置有抽水泵。

23、通过采用上述技术方案，由于尾气中可能存在着水蒸气，当尾气汇聚于储水箱中，将于储水箱内汇聚成液体，而后该液体通过第三管道泵送至第一管道中，实现储水箱内存储水的有效利用。

24、综上所述，本发明至少包括以下有益技术效果：

25、1.在燃料电池模式下运行时，由电池堆阳极出口的尾气通过后燃室接收并燃烧，而后尾气经第一换热器进行热交换，实现尾气余热的一次回收利用，利用后的尾气通过预热组件对供气单元输出的燃料气体进行预热，实现尾气余热的二次利用，从而有效的提高了尾气的余热利用率。

26、2.气体流经电堆带走的热量，而后吸收式制冷器通过热交换回收气体中的热能，并依托气体中的热能进行冷气的输出，通过第二换热器对含有余热的气体进行再次热交换，提高常温水的温度，为用户提供温度适宜的生活用水；而该温水还能够经过第二管道输送至第一热交换器处，使得第一热交换器通过高温尾气对生活用水进行再次加热，为用户提供高温热水，在实现电池堆热能的充分利用的同时，还实现两种不同温度情况的生活用水的提供，以及实现尾气利用以及余热利用的结合。

27、3.电池堆通过供电单元输出电能，各热交换器通过电池堆的高温尾气以及电池堆的降温空气输出加热的生活用水，吸收式制冷器吸收电池堆的降温空气而输出冷气，从而实现了可逆固体氧化物电池冷热电三联供，达到高效余热回收可逆固体氧化物电池系统的多种类能源输出的效果。

28、4.在进行燃料电池模式下，输出的电能通过供电单元输入储电设备，尾气余热、冷却气体余热通过热交换器回收于储热水箱及热水管网的热水中，实现燃料电池模式下的电力和热力的可存储，后续用于可逆固体氧化物电池在电解电池模式下的电能以及热能供应；此外，尾气在余热回收后，将流转于储水箱中，尾气中的水分于储水箱中汇聚为液态水，液态水也作为电解电池模式的原料。

29、5.可逆固体氧化物电池系统的呈单元化、模块化设计，使得可逆固体氧化物电池系统具有极好的灵活性、可重用性以及可维护性，方便研发人员进行可逆固体氧化物电池(rsoc)系统零部件的批量化研究、并行开发以及电池规模化制备，同时也便于后期测试和调试。