[发明专利]一种中温固体氧化物燃料电池热管理系统及方法

权利要求书

1.一种中温固体氧化物燃料电池热管理系统，其特征在于，包括第一控制阀、第二控制阀、预燃烧器、第一混合阀、氧化重整系统和后燃烧器；

所述第一控制阀包括两个出口，分别连通所述后燃烧器的第一入口，以及所述第二控制阀的入口；

所述第二控制阀包括两个出口，分别连通所述预燃烧器的天然气入口，以及所述第一混合阀的第一入口；所述第一混合阀还包括第二入口，所述预燃烧器的出口连通所述第一混合阀的第二入口；所述第一混合阀的出口连通所述氧化重整系统的第一入口；

所述后燃烧器还包括第二入口和第三入口；所述后燃烧器的第二入口被配置为接收待管理中温固体氧化物燃料电池的阳极废气，所述后燃烧器的第三入口被配置为接收待管理中温固体氧化物燃料电池的阴极废气；

所述氧化重整系统还包括第二入口和第三入口，分别与所述后燃烧器的出口以及待管理中温固体氧化物燃料电池阴极连通。

2.如权利要求1所述的一种中温固体氧化物燃料电池热管理系统，其特征在于，所述第二控制阀和所述第一混合阀之间还设置有引射器。

3.如权利要求2所述的一种中温固体氧化物燃料电池热管理系统，其特征在于，待管理中温固体氧化物燃料电池的阳极与所述后燃烧器的第二入口之间设置有第三控制阀；所述第三控制阀有两个出口，分别连通所述后燃烧器的第二入口以及所述引射器的入口。

4.如权利要求1所述的一种中温固体氧化物燃料电池热管理系统，其特征在于，所述氧化重整系统包括第一出口和第二出口，所述氧化重整系统的第一出口与待管理中温固体氧化物燃料电池的阳极入口连通。

5.如权利要求4所述的一种中温固体氧化物燃料电池热管理系统，其特征在于，所述氧化重整系统的第一出口与待管理中温固体氧化物燃料电池的阳极入口之间设置有第一换热器。

6.如权利要求5所述的一种中温固体氧化物燃料电池热管理系统，其特征在于，所述氧化重整系统的第二出口依次连通有第三换热器、所述第一换换热器和第二换热器。

7.如权利要求6所述的一种中温固体氧化物燃料电池热管理系统，其特征在于，所述氧化重整系统的第二出口与所述第三换热器之间依次设置有第二混合阀和第三混合阀，所述第二混合阀和所述第三混合阀均设置有两个入口；所述后燃烧器与所述氧化重整系统之间设置有第四控制阀，所述第四控制阀的两个出口分别连通所述氧化重整系统的第二入口以及所述第二混合阀的一个入口，所述第二混合阀另一入口与所述氧化重整系统的第二出口连通；

所述氧化重整系统的第三入口与待管理中温固体氧化物燃料电池阴极之间设置有第六控制阀；所述第六控制阀包括两个出口，分别连通所述后燃烧器的第三入口以及所述氧化重整系统的第三入口；所述第六控制阀和所述氧化重整系统的第三入口之间还设置有第七控制阀；所述第七控制阀包括两个出口，分别连通所述氧化重整系统的第三入口以及所述第三混合阀的一个入口。

8.如权利要求6所述的一种中温固体氧化物燃料电池热管理系统，其特征在于，还包括空压机，所述空压机的出口连通有第五控制阀，所述第五控制阀包括两个出口，一个出口与待管理中温固体氧化物燃料电池阴极入口连通；所述第五控制阀与待管理中温固体氧化物燃料电池阴极入口之间的连通管道，依次通过所述第二换热器和所述第三换热器。

9.如权利要求8所述的一种中温固体氧化物燃料电池热管理系统，其特征在于，所述第五控制阀的另一个出口与所述预燃烧器的空气入口连通；所述第五控制阀与所述预燃烧器之间设置有第八控制阀；

所述所述第八控制阀包括两个出口，一个出口与所述预燃烧器的空气入口连通；所述第一混合阀的第二入口与所述预燃烧器之间还设置有第四混合阀，所述第四混合阀包括两个入口，分别与所述预燃烧器的出口以及所述第八控制阀的另一个出口连通。

10.一种中温固体氧化物燃料电池热管理方法，其特征在于，采用了如权利要求1-9任一项所述的中温固体氧化物燃料电池热管理系统，包括：

阳极废气循环率为第一值时：

常温天然气在第二控制阀的作用下，至少一部分进入预燃烧器内燃烧，燃烧后的尾气经第四混合阀后进入第一混合阀；另一部分天然气逐次与引射器处的再循环阳极废气、第一混合阀处的预燃烧器尾气汇合后，进入氧化重整系统的燃料通道进行重整反应；重整气体经第一换热器进入待管理中温固体氧化物燃料电池阳极通道进行电化学反应；阳极废气经第三控制阀分为两路，一路进入引射器，另一路直接进入后燃烧器；后燃烧器尾气经第四控制阀直接旁通至第二混合阀，与氧化重整系统散热的阴极废气汇合；混合后的废气流经第三混合阀后逐次进入第三换热器、第一换热器和第二换热器进行余热利用，最后排出系统；

常温空气经空压机后进入第五控制阀，并在第五控制阀处分为两路，一路作为氧化剂进入第八控制阀，另一路逐次经第二换热器、第三换热器后进入待管理中温固体氧化物燃料电池阴极通道；进入第八控制阀的空气分为两路，一路进入预燃烧器，另一路进入第四混合阀；阴极废气经第六控制阀分为两路，一路进入后燃烧器，另一路经第七控制阀流向氧化重整系统，为重整反应进行散热；

阳极废气循环率值由低向高过渡时：

氧化重整系统燃料入口处的温度不断上升时，第二控制阀处流向预燃烧器的天然气量不断减少，至氧化重整系统燃料入口温度超过预设值后，天然气量减少至零；重整反应热中性时，后燃烧器的尾气继续由第四控制阀直接旁通至第二混合阀，而阴极废气则由第七控制阀直接旁通至第三混合阀；重整反应吸热时，后燃烧器的尾气则全部经第四控制阀流入氧化重整系统的气体通道，而阴极废气则继续由第七控制阀直接旁通至第三混合阀；

阳极废气循环率为第二值时，所述第二值大于所述第一值，重整反应吸热、后燃烧器能量不足时：

第一控制阀直接向后燃烧器提供部分天然气作为补充燃料。