[发明专利]一种用于固体氧化物燃料电池电堆、BOP部件及系统热区的热学-电学联合测试装置

说明书

本发明涉及一种用于固体氧化物燃料电池电堆、BOP部件及系统热区的热学‑电学联合测试装置，包括气体流量控制模块、气体预热模块、电堆测试模块、尾气处理模块、测控模块和BOP部件测试模块；当热学‑电学联合测试装置进行电堆电学‑热学联合测试时，气体流量控制模块连接气体预热模块,气体预热模块连接电堆测试模块。本发明的有益效果是：提供了一种能灵活扩展的SOFC电堆及BOP系统热学‑电学联合测试平台，从电堆至发电系统研发过程中，分模块的设计使其能灵活的调节测试对象与内容，满足从电堆测试、BOP部件测试、系统热区及整体发电系统的一系列不同的测试需求。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种用于固体氧化物燃料电池电堆、BOP部件及系统热区的热学-电学联合测试装置。

背景技术

燃料电池是一种电化学发电装置。相较于传统的热机发电，燃料电池能将化学能直接转换为电能，而不受卡诺循环的限制，因此能实现较高的发电效率。此外，由于发电过程中主体部分没有机械运动，可以有效避免噪声、振动等问题，能有效提升发电设备的可靠性。可以看出，燃料电池是一种高效的、绿色的发电技术。

燃料电池依据其电解质的种类可划分为：固体氧化物燃料电池(SOFC)、质子交换膜燃料电池(PEMC)、熔融盐燃料电池(MCFC)、磷酸盐燃料电池(PAFC)等。其中固体氧化物燃料电池(SOFC)工作温度高(600～850℃)，使其能适应不同的燃料，包括天然气、煤气、氢气等，同时也能具有较高的发电效率。

然而燃料电池具有较高的工作温度，为实现较高的能量利用率，设计发电系统必然需要考虑热量的回收与利用。一般而言使用甲烷的SOFC发电系统内部主要由电堆以及重整器、汽化器、燃烧器、换热器等BOP部件构成。各部件的温度、压力、流量、气体组分等参数相互耦合，同时包含电堆电化学响应、重整等化学平衡的响应、气体及部件温度响应的不同层次的响应延迟，可以发现使用甲烷的SOFC发电系统是一个高耦合、大延迟的系统，该系统流程的设计及控制具有较大的难度。

以往燃料电池测试的方法及标准一般更关注于电堆的电学性能测试，而以往燃料电池关于其热学性能的测试则较为匮乏。进一步地，在SOFC电堆搭建至发电系统过程中，涉及测试内容繁多，且不同部件相互组后会产生复杂的影响，这些都需要单独的测试以优化性能参数，此时单一的测试平台难以满足所有的测试需求。为得到有效的、可借鉴的电堆-系统测试结果，需要一种测试范围广，能灵活调整测试内容的测试平台。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种用于固体氧化物燃料电池电堆、BOP部件及系统热区的热学-电学联合测试装置。

这种用于SOFC及BOP部件的热学-电学联合测试装置，能进行电堆、BOP部件以及系统热区的一系列测试，包括：气体流量控制模块、气体预热模块、电堆测试模块、尾气处理模块、测控模块和BOP部件测试模块；当热学-电学联合测试装置进行电堆电学-热学联合测试时，气体流量控制模块连接气体预热模块，气体预热模块连接电堆测试模块，电堆测试模块连接尾气处理模块；测控模块电连接电堆测试模块；当热学-电学联合测试装置进行BOP部件热学性能测试时，气体流量控制模块连接气体预热模块，气体预热模块连接BOP部件测试模块，BOP部件测试模块连接尾气处理模块；测控模块电连接BOP部件测试模块；当热学-电学联合测试装置进行系统热区/不完整热区联合测试时，气体流量控制模块连接气体预热模块，电堆测试模块和BOP部件测试模块并联(根据系统热区设计连接)后一端接入气体预热模块，另一端接入尾气处理模块；测控模块电连接BOP部件测试模块和电堆测试模块。

作为优选，气体流量控制模块和气体预热模块之间还插入有重整模块，用于重整甲烷或其他碳氢燃料，生产后续测试用的重整氢气；重整模块还用于分析电堆在使用重整氢气时，相较于纯氢气性能的变化；重整模块包含气体净化装置(为气体净化器)、高温水蒸气供给装置(为电加热蒸汽发生器)、高温重整装置(为电加热重整器)和配套的降温装置。