[go: up one dir, main page]

CN111933977A - 一种燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统 - Google Patents

一种燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111933977A
CN111933977A CN202010393675.2A CN202010393675A CN111933977A CN 111933977 A CN111933977 A CN 111933977A CN 202010393675 A CN202010393675 A CN 202010393675A CN 111933977 A CN111933977 A CN 111933977A
Authority
CN
China
Prior art keywords
internal combustion
combustion engine
fuel
fuel cell
heat exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010393675.2A
Other languages
English (en)
Inventor
秦江
王新建
姬志行
李成杰
郭发福
刘禾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology Shenzhen
Original Assignee
Harbin Institute of Technology Shenzhen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology Shenzhen filed Critical Harbin Institute of Technology Shenzhen
Priority to CN202010393675.2A priority Critical patent/CN111933977A/zh
Publication of CN111933977A publication Critical patent/CN111933977A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02—Engines with prolonged expansion
    • F02B41/10—Engines with prolonged expansion in exhaust turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18—Multi-cylinder engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M31/00—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
    • F02M31/02—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
    • F02M31/16—Other apparatus for heating fuel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H01M8/0675—Removal of sulfur
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1231—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte with both reactants being gaseous or vaporised
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18—Multi-cylinder engines
    • F02B2075/1804—Number of cylinders
    • F02B2075/1832—Number of cylinders eight
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明提出一种燃料电池‑涡轮增压内燃机混合发电系统，该发电系统的燃料压气机、脱硫器、燃料换热器和混合器依次连接，空气压气机与空气换热器连接，重整器与水汽化器、混合器和燃料电池阳极连接，燃料电池阴极与空气换热器连接，燃料电池阴极与空气换热器连接，燃料电池阳极分别与混合器和燃料换热器高温入口端连接，内燃机燃料入口端分别与冷却器出口、燃料旁路和空气压气机出口连接，内燃机的做功工质输出端与涡轮输入端连接，内燃机与发动机连接。解决了固体氧化物燃料电池尾气中有大量燃料剩余以及燃烧效率不高的问题，本发明将燃料电池和内燃机结合起来，使发电功率可以在大范围内快速调节，并且能够实现70％以上的发电效率。

Description

一种燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统
技术领域
本发明涉及一种燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统，属于发电系统热力循环装置技术领域。
背景技术
随着太阳能、风能等间接性能源的广泛利用，给电网带来了越来越多的调峰压力，为了达到最佳的效率，必须尽可能密切地跟踪这些负荷瞬变，以避免浪费能源。集中发电厂(如联合循环发电厂)虽然效率很高，但在部分负荷下运行时，存在发电效率低和潜在的过发电相关损失。因此，近期人们更加关注现场或分布式能源配给策略。分布式发电不仅有较好的变工况性能，而且可以将减少传输损耗，这约占与集中发电相关的能量损失的 5-8％，而燃料电池是分布式发电的理想装置，因为它可以在各个量级上实现高效发电。
燃料电池在应用的过程中遇到的一个重大挑战为其输出电压会随燃料浓度的降低而明显下降，因此燃料电池的燃料利用率无法达到很高的水平，目前一般为55％-70％，导致燃料电池尾气中有大量的燃料剩余。目前最流行的尾气利用系统为燃料电池燃气轮机混合发电系统，该系统是用燃料电池取代传统燃气轮机的燃烧室，燃料电池作为高效的发电装置，并且可以在燃料电池后面加上燃烧室，这样燃料电池未利用的燃料可以在燃烧室中燃烧，最后燃气在涡轮中膨胀做功。燃料电池燃气轮机混合发电系统效率可达70％以上；但是变工况性能差，响应时间长，不太适应于需要频繁变工况和快速启动的分布式发电领域。
发明内容
本发明为了解决上述背景技术中提到的问题，提出一种新型的燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统，将燃料电池和内燃机结合起来，使发电功率可以在大范围内快速调节，并且能够实现70％以上的发电效率，且解决了固体氧化物燃料电池尾气中有大量燃料剩余的问题。
本发明提出一种燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统，包括燃料压气机、脱硫器、燃料换热器、混合器、重整器、水汽化器、固体氧化物燃料电池、逆变器、冷却器、空气压气机、空气换热器、内燃机、发动机和涡轮，所述燃料压气机、脱硫器、燃料换热器和混合器依次连接，所述空气压气机与空气换热器连接，所述重整器的气态水输入端与水汽化器的气态水输出端连接，所述重整器的燃料输入端与混合器的输出端连接，所述重整器的重整气输出端与固体氧化物燃料电池的阳极通道输入端连接，所述固体氧化物燃料电池的阴极通道输入端与空气换热器的高压高温空气输出端连接，所述固体氧化物燃料电池阴极出口端与空气换热器高温入口端连接，所述固体氧化物燃料电池阳极出口端分别与混合器和燃料换热器高温入口端连接，所述内燃机燃料入口端分别与冷却器出口、燃料旁路和空气压气机出口连接，所述内燃机的做功工质输出端与涡轮输入端连接，所述内燃机与发动机连接。
优选地，燃料经燃料压气机压缩后，一部分燃料流经脱硫器、燃料换热器和混合器进入重整器进行蒸汽重整后，在固体氧化物燃料电池与压缩空气发生电化学反应，产生电能，经逆变器变频后接入电网；另一部分进入燃料旁路直接通入内燃机。
优选地，所述固体氧化物燃料电池阳极尾气一部分回流到重整器中，为重整反应提供所需热量及水蒸气，剩余燃料进入燃料换热器加热来流燃料，燃料在进入内燃机前通过冷却器进行冷却，冷却水气化后作为蒸汽重整的原料，冷却后的燃料与燃料旁路的燃料混合通入内燃机中燃烧做功，带动发动机发电。
优选地，空气经空气压气机压缩后，分别进入固体氧化物燃料电池和内燃机做氧化剂；固体氧化物燃料电池阴极尾气经空气换热器和内燃机尾气混合后进入涡轮中膨胀做功，带动燃料压气机和空气压气机。
优选地，所述内燃机为八气缸内燃机，分为四组，每组包括两个气缸，在同一时刻，一组气缸内活塞处于吸气冲程，一组气缸内活塞处于压缩冲程，一组气缸内活塞处于做功冲程，一组气缸内活塞处于排气冲程；每组气缸中的两个气缸处于相同的运动状态。
优选地，所述内燃机为均质混合气压燃着火发动机
优选地，所述固体氧化物燃料电池采用阳极循环，固体氧化物燃料电池阳极尾气一部分通回重整器，为重整器提供热量和水，回流率由重整器所需热量决定。
优选地，固体氧化物燃料电池阳极尾气通入内燃机前使用冷却水冷却至450K，降低内燃机入口温度，冷却水吸热气化后通入重整器。
本发明所述的燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统的有益效果为：
1、本发明提出一种燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统，将燃料电池和内燃机结合起来，使燃料电池尾气中未被利用的尾气得以被内燃机利用，能够实现70％以上的发电效率。
2、本发明提出一种燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统，增加了燃料旁路，可使燃料电池处于稳定工况或缓慢波动条件下下工作，调节燃料旁路流量实现燃料电池- 涡轮增压内燃机混合发电系统对发电功率的大范围调节，可以在频繁变工况条件下效率维持在55％以上，适应了分布式发电应用场景，适应性更好。
3、本发明提出一种燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统，增加了阳极回流支路，实现了重整器热量的自给自足，大量降低了了重整器对水的需求，同时提高了内燃机入口的燃料浓度，使内燃机效率提升5％，CO排放降低50％。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：图1是本发明所述的燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统原理图；
其中：1-燃料压气机，2-脱硫器，3-燃料换热器，4-混合器，5-重整器，6-汽化器，7-固体氧化物燃料电池，8-逆变器，9-冷却器，10-空气压气机，11-空气换热器，12-内燃机，13-发动机，14-涡轮；实线表示燃料通路，左上角粗虚线表示燃料旁路，细虚线表示空气 通路，点画线表示尾气通路，点框表示电力通路。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
具体实施方式一：参见图1说明本实施方式。本实施方式所述的燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统，包括燃料压气机1、脱硫器2、燃料换热器3、混合器4、重整器5、水汽化器6、固体氧化物燃料电池7、逆变器8、冷却器9、空气压气机10、空气换热器 11、内燃机12、发动机13和涡轮14，所述燃料压气机1、脱硫器2、燃料换热器3和混合器4依次连接，所述空气压气机10与空气换热器11连接，所述重整器5的气态水输入端与水汽化器6的气态水输出端连接，所述重整器5的燃料输入端与混合器4的输出端连接，所述重整器5的重整气输出端与固体氧化物燃料电池7的阳极通道输入端连接，所述固体氧化物燃料电池7的阴极通道输入端与空气换热器11的高压高温空气输出端连接，所述固体氧化物燃料电池7阴极出口端与空气换热器11高温入口端连接，所述固体氧化物燃料电池7阳极出口端分别与混合器4和燃料换热器3高温入口端连接，所述内燃机12燃料入口端分别与冷却器9出口、燃料旁路和空气压气机10出口连接，所述内燃机12的做功工质输出端与涡轮14输入端连接。
燃料经燃料压气机1压缩后，一部分燃料流经脱硫器2、燃料换热器3和混合器4进入重整器5进行蒸汽重整后，在固体氧化物燃料电池7与压缩空气发生电化学反应，产生电能，经逆变器8变频后接入电网；另一部分进入燃料旁路直接通入内燃机12。一部分燃料通入燃料电池系统，一部分直接通入内燃机，在变负载条件下，改变内燃机12燃料流量，由内燃机12承担变负载。
所述固体氧化物燃料电池7阳极尾气一部分回流到重整器5中，为重整反应提供所需热量及水蒸气，剩余燃料进入燃料换热器3加热来流燃料，燃料在进入内燃机12前通过冷却器9进行冷却，冷却水气化后作为蒸汽重整的原料，冷却后的燃料与燃料旁路的燃料混合通入内燃机12中燃烧做功，带动发动机13发电。
空气经空气压气机10压缩后，分别进入固体氧化物燃料电池7和内燃机12做氧化剂；固体氧化物燃料电池7阴极尾气经空气换热器11和内燃机12尾气混合后进入涡轮14中膨胀做功，带动燃料压气机1和空气压气机10。
所述内燃机12采用均质混合气压燃着火(HCCI)发动机。所述内燃机12为八气缸内燃机，分为四组，每组包括两个气缸，在同一时刻，一组气缸内活塞处于吸气冲程，一组气缸内活塞处于压缩冲程，一组气缸内活塞处于做功冲程，一组气缸内活塞处于排气冲程；每组气缸中的两个气缸处于相同的运动状态。
所述固体氧化物燃料电池7采用阳极循环，固体氧化物燃料电池7阳极尾气一部分通回重整器5，为重整器5提供热量和水，回流率由重整器5所需热量决定。燃料电池系统采用阳极循环，根据需要燃料电池阳极60％-70％的尾气重新通入重整器5，为蒸汽重整提供水和足够的热量。
固体氧化物燃料电池7阳极尾气通入内燃机前使用冷却水冷却至450K，降低内燃机 12入口温度，冷却水吸热气化后通入重整器5。
通入燃料电池7和内燃机12的燃料和空气均使用压气机压缩，提高燃料电池7和内燃机12工作压力，由尾气推动涡轮14做功，为压气机提供能量。
所述燃料压气机的燃料输出端分出两条支路，第一条支路与内燃机12的燃料输入端连接，第二条支路与燃料电池7的阴极空气换热器11连接。
本发明所述的燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统的具体操作过程和工作原理如下：
燃料首先经燃料压气机1压缩，经过脱硫器2脱硫，以免损坏燃料电池的电极板，燃料脱硫后由燃料换热器3加热至重整所需温度，与燃料电池阳极部分尾气混合后通入重整器5进行蒸汽重整反应，重整后的燃料通入固体氧化物燃料电池7阳极发生电化学氧化反应，产生电能，经逆变器8变频后接入电网，阳极尾气一部分回流到重整器5中，为重整反应提供所需热量及水蒸气，剩余燃料进入燃料换热器3加热来流燃料，燃料在进入内燃机12前要进行冷却，冷却水气化后作为蒸汽重整的原料，冷却后的燃料与燃料旁路的燃料混合通入内燃机12中燃烧做功，带动发动机13发电；另一方面，空气经空气压气机10 压缩，一部分通入内燃机12中提供为燃烧提供氧气，另一部分进入空气换热器11中加热，后通入燃料电池7阴极做电化学反应的氧化剂，阴极出口的空气进入空气换热器11加热来流空气；内燃机12尾气与空气换热器11高温出口的空气混合后进入涡轮14中膨胀做功，带动两个压气机。
所述燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统增加了燃料旁路，通入内燃机12的燃料可以是燃料电池阳极尾气，也可以是没有反应的燃料，当系统负载发生变化时，通过调节燃料旁路流量，保证燃料电池7负载缓慢变化，由内燃机12实现动态调节，解决了燃料电池动态响应慢的问题，使系统可以实现大范围快速调节。
所述燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统增加了阳极循环回路，根据重整器吸热的需要，燃料电池阳极尾气60％-70％的重新通回重整器，实现了重整器热量的自给自足，降低了对水的需求，同时提高了内燃机入口的燃料浓度，提高内燃机性能。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统，其特征在于，包括燃料压气机(1)、脱硫器(2)、燃料换热器(3)、混合器(4)、重整器(5)、水汽化器(6)、固体氧化物燃料电池(7)、逆变器(8)、冷却器(9)、空气压气机(10)、空气换热器(11)、内燃机(12)、发动机(13)和涡轮(14)，
所述燃料压气机(1)、脱硫器(2)、燃料换热器(3)和混合器(4)依次连接，所述空气压气机(10)与空气换热器(11)连接，所述重整器(5)的气态水输入端与水汽化器(6)的气态水输出端连接，所述重整器(5)的燃料输入端与混合器(4)的输出端连接，所述重整器(5)的重整气输出端与固体氧化物燃料电池(7)的阳极通道输入端连接，所述固体氧化物燃料电池(7)的阴极通道输入端与空气换热器(11)的高压高温空气输出端连接，所述固体氧化物燃料电池(7)阴极出口端与空气换热器(11)高温入口端连接，所述固体氧化物燃料电池(7)阳极出口端分别与混合器(4)和燃料换热器(3)高温入口端连接，所述固体氧化物燃料电池(7)与逆变器(8)连接，所述内燃机(12)燃料入口端分别与冷却器(9)出口、燃料旁路和空气压气机(10)出口连接，所述内燃机(12)的做功工质输出端与涡轮(14)输入端连接，所述内燃机(12)与发动机(13)连接。
2.根据权利要求1所述的燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统，其特征在于，燃料经燃料压气机(1)压缩后，一部分燃料流经脱硫器(2)、燃料换热器(3)和混合器(4)进入重整器(5)进行蒸汽重整后，在固体氧化物燃料电池(7)与压缩空气发生电化学反应，产生电能，经逆变器(8)变频后接入电网；另一部分进入燃料旁路直接通入内燃机(12)。
3.根据权利要求2所述的燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池(7)阳极尾气一部分回流到重整器(5)中，为重整反应提供所需热量及水蒸气，剩余燃料进入燃料换热器(3)加热来流燃料，燃料在进入内燃机(12)前通过冷却器(9)进行冷却，冷却水气化后作为蒸汽重整的原料，冷却后的燃料与燃料旁路的燃料混合通入内燃机(12)中燃烧做功，带动发动机(13)发电。
4.根据权利要求1所述的燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统，其特征在于，空气经空气压气机(10)压缩后，分别进入固体氧化物燃料电池(7)和内燃机(12)做氧化剂；固体氧化物燃料电池(7)阴极尾气经空气换热器(11)和内燃机(12)尾气混合后进入涡轮(14)中膨胀做功，带动燃料压气机(1)和空气压气机(10)。
5.根据权利要求1所述的燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统，其特征在于，所述内燃机(12)为八气缸内燃机，分为四组，每组包括两个气缸，在同一时刻，一组气缸内活塞处于吸气冲程，一组气缸内活塞处于压缩冲程，一组气缸内活塞处于做功冲程，一组气缸内活塞处于排气冲程；每组气缸中的两个气缸处于相同的运动状态。
6.根据权利要求1所述的燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统，其特征在于，所述内燃机为均质混合气压燃着火发动机。
7.根据权利要求1所述的燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池(7)采用阳极循环，固体氧化物燃料电池(7)阳极尾气一部分通回重整器(5)，为重整器(5)提供热量和水，回流率由重整器(5)所需热量决定。
8.根据权利要求1所述的燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统，其特征在于，固体氧化物燃料电池(7)阳极尾气通入内燃机前使用冷却水冷却至450K，降低内燃机(12)入口温度，冷却水吸热气化后通入重整器(5)。
CN202010393675.2A 2020-05-11 2020-05-11 一种燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统 Pending CN111933977A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010393675.2A CN111933977A (zh) 2020-05-11 2020-05-11 一种燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010393675.2A CN111933977A (zh) 2020-05-11 2020-05-11 一种燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111933977A true CN111933977A (zh) 2020-11-13

Family

ID=73317527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010393675.2A Pending CN111933977A (zh) 2020-05-11 2020-05-11 一种燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111933977A (zh)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112550003A (zh) * 2020-12-01 2021-03-26 武汉理工大学 一种电动汽车增程器
CN112761826A (zh) * 2020-12-31 2021-05-07 福州大学化肥催化剂国家工程研究中心 一种增压发动机及氨燃料混合动力发电系统
CN113363545A (zh) * 2021-06-07 2021-09-07 江苏大学 一种发动机和固体氧化物燃料电池联合动力系统
CN113669155A (zh) * 2021-08-25 2021-11-19 一汽解放汽车有限公司 一种组合动力系统和商用车
CN113839073A (zh) * 2021-09-16 2021-12-24 广东佛燃科技有限公司 一种尾气利用的固体氧化物燃料电池系统
CN113948736A (zh) * 2021-08-26 2022-01-18 上海空间电源研究所 一种液体燃料电池与内燃机混合能源系统及工作方法
CN114914497A (zh) * 2022-04-29 2022-08-16 哈尔滨工业大学 一种氨重整制氢燃料电池与内燃机混合动力系统
CN114976154A (zh) * 2022-02-22 2022-08-30 中国科学院工程热物理研究所 基于燃料电池和内燃机的混合动力系统和调控方法
CN115241507A (zh) * 2022-06-24 2022-10-25 天津大学 一种sofc-aice联合循环系统、控制方法及其应用
CN115360383A (zh) * 2022-10-18 2022-11-18 北京亿华通科技股份有限公司 燃料电池发动机空气装置及燃料电池发动机
CN115498225A (zh) * 2022-08-15 2022-12-20 哈尔滨工业大学 一种热氨涡轮与燃料电池联合发电系统及方法
CN115848633A (zh) * 2022-12-02 2023-03-28 北京航空航天大学 一种机载设备供电与热管理综合系统及方法
CN115939470A (zh) * 2023-03-02 2023-04-07 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) 阳极尾气双回流的固体氧化物燃料电池系统及其运行方法
CN116641922A (zh) * 2023-07-07 2023-08-25 潍坊科技学院 涡轮增压器多元燃料分通道离心增压装置
CN118712434A (zh) * 2024-08-29 2024-09-27 陕西煤基特种燃料研究院有限公司 耦合特种油重整、内燃机和sofc的电源系统及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104733757A (zh) * 2014-12-24 2015-06-24 同济大学 一种汽车燃料电池冷却辅助系统用快速原型装置
US20160126570A1 (en) * 2014-10-30 2016-05-05 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Combined power generation system and unit, method, and program for controlling the same
CN110071309A (zh) * 2018-01-19 2019-07-30 哈尔滨工业大学 一种用于飞行器的新型涡桨-高温燃料电池混合推进及能源一体化系统
CN110077221A (zh) * 2019-04-19 2019-08-02 西安交通大学 一种固体氧化物燃料电池和内燃机联合动力系统及其运行方法
CN209833350U (zh) * 2019-05-24 2019-12-24 哈尔滨工业大学 一种加压燃料电池-内燃机混合动力系统
CN110816800A (zh) * 2018-08-07 2020-02-21 大连理工大学 柴燃联合动力装置和氢燃料电池混合动力系统及其燃料供给方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160126570A1 (en) * 2014-10-30 2016-05-05 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Combined power generation system and unit, method, and program for controlling the same
CN104733757A (zh) * 2014-12-24 2015-06-24 同济大学 一种汽车燃料电池冷却辅助系统用快速原型装置
CN110071309A (zh) * 2018-01-19 2019-07-30 哈尔滨工业大学 一种用于飞行器的新型涡桨-高温燃料电池混合推进及能源一体化系统
CN110816800A (zh) * 2018-08-07 2020-02-21 大连理工大学 柴燃联合动力装置和氢燃料电池混合动力系统及其燃料供给方法
CN110077221A (zh) * 2019-04-19 2019-08-02 西安交通大学 一种固体氧化物燃料电池和内燃机联合动力系统及其运行方法
CN209833350U (zh) * 2019-05-24 2019-12-24 哈尔滨工业大学 一种加压燃料电池-内燃机混合动力系统

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112550003A (zh) * 2020-12-01 2021-03-26 武汉理工大学 一种电动汽车增程器
CN112761826A (zh) * 2020-12-31 2021-05-07 福州大学化肥催化剂国家工程研究中心 一种增压发动机及氨燃料混合动力发电系统
CN113363545B (zh) * 2021-06-07 2022-05-13 江苏大学 一种发动机和固体氧化物燃料电池联合动力系统
CN113363545A (zh) * 2021-06-07 2021-09-07 江苏大学 一种发动机和固体氧化物燃料电池联合动力系统
CN113669155A (zh) * 2021-08-25 2021-11-19 一汽解放汽车有限公司 一种组合动力系统和商用车
CN113948736A (zh) * 2021-08-26 2022-01-18 上海空间电源研究所 一种液体燃料电池与内燃机混合能源系统及工作方法
CN113839073A (zh) * 2021-09-16 2021-12-24 广东佛燃科技有限公司 一种尾气利用的固体氧化物燃料电池系统
CN113839073B (zh) * 2021-09-16 2023-08-01 广东佛燃科技有限公司 一种尾气利用的固体氧化物燃料电池系统
CN114976154A (zh) * 2022-02-22 2022-08-30 中国科学院工程热物理研究所 基于燃料电池和内燃机的混合动力系统和调控方法
CN114976154B (zh) * 2022-02-22 2024-05-10 中国科学院工程热物理研究所 基于燃料电池和内燃机的混合动力系统和调控方法
CN114914497A (zh) * 2022-04-29 2022-08-16 哈尔滨工业大学 一种氨重整制氢燃料电池与内燃机混合动力系统
CN114914497B (zh) * 2022-04-29 2024-04-02 哈尔滨工业大学 一种氨重整制氢燃料电池与内燃机混合动力系统
CN115241507A (zh) * 2022-06-24 2022-10-25 天津大学 一种sofc-aice联合循环系统、控制方法及其应用
CN115241507B (zh) * 2022-06-24 2024-11-08 天津大学 一种sofc-aice联合循环系统、控制方法及其应用
CN115498225A (zh) * 2022-08-15 2022-12-20 哈尔滨工业大学 一种热氨涡轮与燃料电池联合发电系统及方法
CN115360383A (zh) * 2022-10-18 2022-11-18 北京亿华通科技股份有限公司 燃料电池发动机空气装置及燃料电池发动机
CN115360383B (zh) * 2022-10-18 2023-01-24 北京亿华通科技股份有限公司 燃料电池发动机空气装置及燃料电池发动机
CN115848633A (zh) * 2022-12-02 2023-03-28 北京航空航天大学 一种机载设备供电与热管理综合系统及方法
CN115939470B (zh) * 2023-03-02 2023-06-13 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) 阳极尾气双回流的固体氧化物燃料电池系统及其运行方法
CN115939470A (zh) * 2023-03-02 2023-04-07 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) 阳极尾气双回流的固体氧化物燃料电池系统及其运行方法
CN116641922A (zh) * 2023-07-07 2023-08-25 潍坊科技学院 涡轮增压器多元燃料分通道离心增压装置
CN118712434A (zh) * 2024-08-29 2024-09-27 陕西煤基特种燃料研究院有限公司 耦合特种油重整、内燃机和sofc的电源系统及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111933977A (zh) 一种燃料电池-涡轮增压内燃机混合发电系统
CN113540541B (zh) 采用氨水作为燃料的sofc及其级联发电系统和操作方法
CN109915220B (zh) 集成燃料电池与超临界二氧化碳循环的分布式供能系统及方法
Guo et al. Thermodynamic analysis of a novel combined heating and power system based on low temperature solid oxide fuel cell (LT-SOFC) and high temperature proton exchange membrane fuel cell (HT-PEMFC)
WO2023108792A1 (zh) 一种具有能量回收模块的燃料电池系统
CN109686998A (zh) 基于燃气涡轮冷却燃料电池的联合循环发电系统
CN112796886A (zh) 燃料电池化学回热燃气轮机再热式联合循环系统
CN206468386U (zh) 集成燃料电池与二氧化碳循环的热电联供系统
CN111799819A (zh) 一种煤气化固体氧化物燃料电池混合储能发电系统
CN109915219B (zh) 集成燃料电池与超临界二氧化碳太阳能热发电的供能系统及方法
CN118934237A (zh) 一种气体组分可控的氨氢融合燃料动力系统供气架构及其控制方法
CN117738756A (zh) 一种燃料电池-二氧化碳循环联合发电系统和使用方法
CN116779921A (zh) 一种高能效燃料电池热电联供装置和方法
CN112031935B (zh) 基于等离子催化的多级回热燃料电池燃气轮机混合发电系统
CN111384782A (zh) 清洁储能系统及储能方法
JP7554526B1 (ja) 陰極と陽極の再循環に基づくｓｏｆｃ／ｇｔ／ｓｃｏ２ハイブリッドシステム
CN209266502U (zh) 基于燃气涡轮冷却燃料电池的联合循环发电系统
KR20020031686A (ko) 연료전지 발전시스템의 효율 향상 장치 및 방법
CN116779909B (zh) 一种燃料电池空气供给系统
CN114718730B (zh) 一种氨转化为氢的燃氢燃气轮机系统及控制方法
CN117410520A (zh) 一种集成甲醇制氢与高低温燃料电池热电联供系统及方法
CN117124905A (zh) 一种基于氨氢转换的离网式电动车充电桩
CN115324739A (zh) 一种用光热分解氨制合成气的燃气轮机和sofc联合发电系统
CN108301924A (zh) 基于燃气轮机和固体氧化物燃料电池的混合供能系统
CN116230989B (zh) 基于可逆固体氧化物燃料电池的多功能发电系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20201113

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication