[发明专利]一种固体氧化物燃料电堆及其系统和应用

说明书

本发明提供了一种固体氧化物燃料电堆及其系统和应用。该电堆系统主要包括：电堆本体、第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元，并且电堆本体为包括内部具有温控气体流道的连接体。其中，第一控制单元用于根据流经温控气体流道的温控气体起始温度与温控气体回收温度的温度差，调控预通入温控气体流道的温控气体的温度值和/或流量值。本发明提供的系统，基于温控气体流经电堆所产生的温度差和电堆设定的设定温度，通过第一控制单元对通入温控气体流道的温控气体的温度和流量，进行实时调控，以使电堆实现快速启动和运行中的热管理。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种固体氧化物燃料电堆及其系统和应用。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)是一种直接把燃料电池中化学能转化为电能的发电装置。SOFC主要功能层包括：阳极、电解质以及阴极。燃料电池由于其不受卡诺循环限制、燃料不涉及燃烧以及内部无旋转部件等的特点，因此有发电效率高、无环境污染以及无噪音等特点。

固体氧化物燃料电解池(Solid Oxide Electrolysis Cell，简称SOEC)是一种与SOFC结构形式相同、工作过程相逆的能量转化装置，SOEC可以高效且清洁地制备氢气或碳氢燃料。

基于以上特点，SOFC与SOEC在新能源领域将发挥至关重要的作用。而现有SOFC/SOEC的工作温度普遍在600～800℃之间，因而其相应的电堆运行，需要从常温状态升温到较高温度的工作状态，整个启动时间较长。

目前，针对电堆升温启动的方式，主要有两种。第一种方式为电炉加热，即在炉膛内先将外表面加热至工作所需温度，通过热传导将整个电堆加热至工作温度，此方法启动时间慢，且内外温差大，容易导致由燃料电池各部件热膨胀系数不同引起的部件之间的连接破坏。第二种方式为直接加热阳极侧的还原性气体或阴极测的氧化性气体以预热，此方法直接将预热的气体作用在电极功能层上，可能会导致界面连接有问题，另外此方法也无法避免电堆内部出现过热、欠热等温度不均匀导致的电堆性能下降甚至损坏的问题。

因此，电堆快速启动及电堆运行过程中的热管理问题仍是本领域关键问题，若可以解决这两个问题则可以非常有利于推动本领域发展。

发明内容

针对上述现有电堆中存在的技术问题，本发明提供了一种固体氧化物燃料电堆及其系统和应用。具体内容如下：

第一方面，本发明提供了一种固体氧化物燃料电堆系统，所述系统包括：电堆本体、第一控制单元、第二控制单元、第三控制单元、还原性气体回收单元以及温控气体回收单元；

所述电堆本体包括连接体与单电池；所述连接体内包括还原性气体流道、温控气体流道和氧化性气体流道；其中，所述温控气体流道设置于所述连接体的内部；

所述温控气体流道，分别与所述温控气体回收单元和所述第一控制单元相连通；所述还原性气体流道，分别与所述还原性气体回收单元和所述第二控制单元相连通；所述氧化性气体流道与所述第三控制单元相连通；

所述第一控制单元，用于根据温控气体起始温度与温控气体回收温度的温度差，调控预通入所述温控气体流道的温控气体的温度值和/或流量值；所述起始温度是指经所述第一控制单元调控后的预流入所述温控气体流道的温控气体的温度，所述回收温度是指从所述温控气体流道流出预流入所述温控气体回收单元的温控气体的温度。

优选地，所述第一控制单元，包括温控气体流量控制模块、温控气体温度控制模块和第一温度检测组件；

其中，所述温控气体流量控制模块和所述温控气体温度控制模块，用于执行上述的所述根据温控气体起始温度与温控气体回收温度的温度差，调控预通入所述温控气体流道的温控气体的温度值和/或流量值；

所述第一温度检测组件用于检测所述温控气体起始温度的温度值。