[发明专利]直接碳燃料电池的燃料供应装置及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种直接碳燃料电池，更具体地说，本发明涉及一种确保燃料电极介质的流动性而改善了输出密度的直接碳燃料电池的燃料供应装置及系统。

背景技术

在发达国家努力减少排碳量的时候，中国与印度等新兴国家的能源需求却被认为即将超过OECD国家。另一方面，在全世界广泛地分布着庞大的煤矿，以后将在美国、中国等世界能源市场上成为主要能源。

由于全世界的二氧化碳排放量依然持续增加中，因此迫切需要开发出有效的碳转换方法，近来人们则尝试开发下列技术，亦即，获取分离了二氧化碳的清净煤炭的技术、将煤炭作为直接燃料予以利用的技术。一般来说，二氧化碳分离技术由于埋藏地区的土质互不相同而较难普遍地适用，其效率性与成本问题也阻碍了技术性解决方案的适用。

然而，直接碳燃料电池(Direct Carbon Fuel Cell；DCFC)却能够以煤炭系统进行十亿瓦特级的大规模发电并且还能利用废热，因此以分布式发电的概念为基础日渐成为重要技术。

直接碳燃料电池的燃料气体不使用氢气，其以符合经济并且埋藏量庞大的碳及煤炭直接作为燃料使用，还原气体则和其它燃料电池一样使用空气，是一种新概念燃料电池。

利用直接碳燃料电池的发电系统的能量转换效率高于现有的火力发电，其在理论上具备80％以上的高效率，这也是现存燃料电池中具有最高数值的燃料电池。而且，全世界范围内的埋藏量非常丰富并且以符合经济性的煤炭作为燃料而得以使用各种发电用煤炭源，不仅能够从根本上减少燃烧时所产生的SOx、NOx、PM等环境污染物质的排放量，还因为其为直接利用碳进行化学反应地产生电力而没有噪音、没有公害，其CO₂排放量相比于现有火力发电减少了90％以上。

在直接碳燃料电池中，在空气电极(Cathode)通过氧的还原反应生成的氧离子则通过电解质移动到燃料电极(Anode)，在燃料电极则由氧离子和碳反应后生成二氧化碳，该二氧化碳再和氧离子反应后生成碳酸盐离子，所生成的碳酸盐离子则将碳予以氧化生成二氧化碳与电子，以进行发电。

直接碳燃料电池的所述发电的模拟图如图1所示。

将熔融碳酸盐作为燃料电极介质使用的空气电极支撑体型固体氧化物电解质直接碳燃料电池，为了减少燃料电极的浓度极化以改善输出密度，第一、需要将碳燃料与燃料电极介质均匀混合；第二、需要将燃料电极介质强制供应给燃料电池。

为此，需要一种能强制地让作为燃料电极介质的熔融碳酸盐流动的方法。

为了强制地让作为燃料电极介质的熔融碳酸盐流动，现有技术揭示了利用液体泵的方法。

然而，液体泵却因为熔融碳酸盐具备高温(700℃至1000℃)与高腐蚀性特性而难以有效、实用地让熔融碳酸盐流动。

发明内容

【解决的技术问题】

本发明的目的是提供一种直接碳燃料电池的燃料供应装置及系统，其强制地让作为燃料电极介质的熔融碳酸盐流动以减少燃料电极的浓度极化而得以改善输出密度。

本发明的另一个目的是提供一种直接碳燃料电池的燃料供应装置及系统，其将碳燃料和由熔融碳酸盐构成的燃料电极介质强制混合后供应给燃料电池。

本发明的另一个目的是提供一种直接碳燃料电池的燃料供应装置及系统，在包含空气电极支撑体与固体氧化物电解质所构成的一个以上的管形芯周围形成通路管，凭借二氧化碳的流动确保通路管内的燃料电极介质的流动性。

本发明的再一个目的是提供一种直接碳燃料电池的燃料供应装置及系统，在上述管形芯周围形成通路管，确保燃料电极介质的流动性，并且在通路管内配备分离管而使得通路管与分离管之间外部通路上的燃料电极介质垂直流动，从而让分离管内部的内部通路上的燃料电极介质流动。

本发明的再一个目的是提供一种直接碳燃料电池的燃料供应装置及系统，在管形芯周围形成通路管并且在通路管内部形成分离管，从而防止气体从分离管的外部流入内部。

【解决问题的技术方案】

本发明的直接碳燃料电池的燃料供应装置包括：分离管，在浸渍于混合了碳燃料的燃料电极介质的管形芯周围形成垂直方向的圆筒形内部通路，并且形成允许上述燃料电极介质出入的贯穿口；通路管，在上述分离管的周围形成垂直方向的圆筒形外部通路；及起泡装置，为上述通路管与上述分离管之间的上述外部通路供应气体；凭借供应给上述外部通路的上述气体的垂直移动而使得上述外部通路上的上述燃料电极介质首先流动，然后让通过上述贯穿口连接到上述外部通路的上述内部通路上的上述燃料电极介质进一步流动。