本申請屬于儲能設(shè)備測試，更具體地，涉及一種雙重預(yù)熱的sofc/soec混合測試系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、固體氧化物燃料電池(sofc)和固體氧化物電解池(soec)是兩種重要的能源轉(zhuǎn)換和存儲技術(shù)，它們在實(shí)現(xiàn)高效能源利用和促進(jìn)綠色低碳發(fā)展方面具有巨大潛力。sofc是一種在中高溫下直接將燃料的化學(xué)能高效、低碳、環(huán)保地轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電裝置，是目前全球范圍內(nèi)發(fā)電效率最高的新能源技術(shù)路線之一。soec則是一種較為先進(jìn)與具有前瞻性的制氫技術(shù)，能夠有效利用余熱并穩(wěn)定提供低碳電力，具有靈活性高、壽命長、成本低、可利用工業(yè)余熱等優(yōu)勢。

2、現(xiàn)有技術(shù)中僅有sofc測試系統(tǒng)，還沒有較為成熟的sofc/soec混合集成測試系統(tǒng)，如中國專利文獻(xiàn)cn117571352a公開一種sofc空氣預(yù)熱器的性能測試系統(tǒng)及測試分析方法，該性能測試系統(tǒng)包括燃燒器、空氣預(yù)熱器、空氣加熱器、空氣供應(yīng)管路、分別向燃燒器供應(yīng)甲烷和水蒸氣的甲烷供應(yīng)管路和水蒸氣供應(yīng)管路，空氣供應(yīng)管路提供的常溫空氣依次流經(jīng)空氣預(yù)熱器的冷側(cè)和空氣加熱器，被加熱至一定溫度后進(jìn)入燃燒器進(jìn)行燃燒，燃燒產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物氣作為熱側(cè)流體進(jìn)入空氣換熱器的熱側(cè)，與冷側(cè)的常溫空氣進(jìn)行換熱。用于評估sofc空氣預(yù)熱器的換熱性能，同時提供測得溫度的修正方法，來提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。但是該系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)soec模式測試，同時存在系統(tǒng)熱損失高、整體能效較低、能源的總和利用效率差的問題，因此，急需設(shè)計(jì)一種高能效的sofc/soec集成測試系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本申請的目的在于提供一種雙重預(yù)熱的sofc/soec混合測試系統(tǒng)及方法，旨在解決測試系統(tǒng)能耗高的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本申請的一個方面，提供了一種雙重預(yù)熱的sofc/soec混合測試系統(tǒng)，其特征在于，包括：空氣加熱管路和燃料氣加熱管路，所述空氣加熱管路與sofc/soec電堆的陰極側(cè)連接，所述燃料氣加熱管路與sofc/soec電堆的陽極側(cè)連接；所述sofc/soec電堆的陰極側(cè)還與燃燒器的進(jìn)口連接；所述燃燒器的出口連接到空氣加熱管路的進(jìn)氣端和/或燃料氣加熱管路的進(jìn)氣端，使燃燒器的尾氣能對下一次參與反應(yīng)的空氣和燃料氣預(yù)熱后再從空氣加熱管路的進(jìn)氣端和/或燃料氣加熱管路的進(jìn)氣端排出。

3、本申請通過合理布置空氣加熱管路、燃料氣加熱管路和sofc/soec電堆的連接關(guān)系，將燃燒器的尾氣通入空氣加熱管路和/或燃料氣加熱管路中，使其余熱對空氣和燃料氣進(jìn)行預(yù)熱，以減少任意一種模式測試時所需的電能，進(jìn)而達(dá)到降低測試系統(tǒng)能耗的目的。

4、所述第一加熱器的出口連接到sofc/soec電堆的陰極側(cè)，空氣從所述第一換熱器的進(jìn)口進(jìn)入并經(jīng)由第一加熱器通入sofc/soec電堆中。

5、進(jìn)一步的，所述燃料氣加熱管路包括依次連接的第三換熱器和第二加熱器，所述第二加熱器的出口端連接到sofc/soec電堆的陽極側(cè)，燃料氣進(jìn)入第三換熱器后經(jīng)由第二加熱器通入sofc/soec電堆的陽極側(cè)。

6、更進(jìn)一步的，所述燃料氣加熱管路還包括依次連接的第二換熱器、第一三通閥和第二三通閥，所述第二三通閥與第三換熱器連接；在soec測試模式下，燃料氣還經(jīng)由第二換熱器、第一三通閥和第二三通閥進(jìn)入第三換熱器中。

7、更進(jìn)一步的，所述第一三通閥還連接有水蒸氣供應(yīng)裝置，所述水蒸氣供應(yīng)裝置用于在soec測試模式下為燃料氣加熱管路提供水蒸氣。

8、更進(jìn)一步的，所述sofc/soec電堆與燃燒器之間的管路上還設(shè)置有第三三通閥，所述第三三通閥與第二換熱器連接，所述第二換熱器還連接有儲氣罐；在soec測試模式下，所述第三三通閥用于將sofc/soec電堆產(chǎn)生的一部分燃料氣通入第二換熱器后輸入儲氣罐中存儲，將剩余燃料氣通入燃燒器中繼續(xù)燃燒。

9、更進(jìn)一步的，所述水蒸氣供應(yīng)裝置包括依次連接的儲水罐和蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器與第二換熱器連接。

10、進(jìn)一步的，所述sofc/soec電堆的陽極端還連接有電源，所述電源用于為sofc/soec電堆供電。

11、根據(jù)本申請的另一個方面，還公開一種利用如前任意一項(xiàng)所述的混合測試系統(tǒng)進(jìn)行雙重預(yù)熱的sofc/soec混合測試方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：使空氣經(jīng)由空氣加熱管路進(jìn)入到sofc/soec電堆的陰極側(cè)，使燃料氣經(jīng)由燃料氣加熱管路進(jìn)入sofc/soec電堆的陽極側(cè)；將sofc/soec電堆中燃料氣和空氣反應(yīng)后剩余的空氣通入燃燒器中反應(yīng)；再使燃燒器反應(yīng)后的尾氣進(jìn)入空氣加熱管路的進(jìn)氣端和/或燃料氣加熱管路的進(jìn)氣端，使燃燒器的尾氣能對下一次參與反應(yīng)的空氣和燃料氣預(yù)熱后再從空氣加熱管路的進(jìn)氣端和/或燃料氣加熱管路的進(jìn)氣端排出。

12、進(jìn)一步的，在soec測試模式下，還包括以下步驟：

13、使燃料氣還經(jīng)由第二換熱器、第一三通閥和第二三通閥進(jìn)入第三換熱器中；使水蒸氣供應(yīng)裝置向第一三通閥中通入水蒸氣與燃料氣混合；打開第三三通閥，將sofc/soec電堆產(chǎn)生的一部分燃料氣通入第二換熱器后輸入儲氣罐中存儲，將剩余燃料氣通入燃燒器中繼續(xù)燃燒。

14、總體而言，通過本申請所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

15、1.本申請?zhí)峁┑膕ofc/soec混合測試系統(tǒng)中，將燃燒器中的尾氣引入空氣加熱管路和/或燃料氣加熱管路中，使尾氣余熱對空氣和燃料氣進(jìn)行預(yù)熱，同時空氣加熱管路和燃料氣加熱管路本身有加熱功能，從而實(shí)現(xiàn)了雙重加熱，以極少的電能滿足了空氣和燃料氣的預(yù)熱需求，能夠減少測試時所需的電能，進(jìn)而達(dá)到降低測試系統(tǒng)能耗的目的。

16、2.本申請?zhí)峁┑膕ofc/soec混合測試系統(tǒng)中，包含兩種測試系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)不同測試模式的靈活切換，以適應(yīng)不同的測試需求和工況；在soec測試模式下還有一路燃料氣經(jīng)由第二換熱器、第一三通閥和第二三通閥進(jìn)入第三換熱器中，同時通過水蒸氣供應(yīng)裝置向燃料氣中混入水蒸氣，sofc/soec電堆產(chǎn)生的一部分燃料氣能經(jīng)由第二換熱器后進(jìn)入儲氣罐中存儲，剩余燃料氣則通入燃燒器中繼續(xù)燃燒，以產(chǎn)生尾氣來參與下一次的燃料氣預(yù)熱，進(jìn)而優(yōu)化熱管理，有助于提高系統(tǒng)整體的熱效率和穩(wěn)定性；進(jìn)行sofc測試時關(guān)閉上述該路燃料氣。

17、3.本申請?zhí)峁┑幕旌蠝y試操作簡便，兩種測試方法可實(shí)現(xiàn)任意切換，還通過合理分配和處理燃料氣，可以降低因燃料積聚而引發(fā)的安全風(fēng)險；并且兩種測試方法下均可實(shí)現(xiàn)燃料氣的充分燃燒和尾氣熱能的二次利用，因此，通過將燃燒器燃燒后的尾氣通入換熱器中對空氣和氫氣進(jìn)行預(yù)熱，從而能進(jìn)一步提升測試臺的整體效率，降低預(yù)熱氣體所需功耗。

技術(shù)特征：

1.一種雙重預(yù)熱的sofc/soec混合測試系統(tǒng)，其特征在于，包括：空氣加熱管路和燃料氣加熱管路，所述空氣加熱管路與sofc/soec電堆(3)的陰極側(cè)連接，所述燃料氣加熱管路與sofc/soec電堆(3)的陽極側(cè)連接；所述sofc/soec電堆(3)的陰極側(cè)還與燃燒器(4)的進(jìn)口連接；所述燃燒器(4)的出口連接到空氣加熱管路的進(jìn)氣端和/或燃料氣加熱管路的進(jìn)氣端，使燃燒器(4)的尾氣能對下一次參與反應(yīng)的空氣和燃料氣預(yù)熱后再從空氣加熱管路的進(jìn)氣端和/或燃料氣加熱管路的進(jìn)氣端排出。

2.如權(quán)利要求1所述的一種雙重預(yù)熱的sofc/soec混合測試系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣加熱管路包括依次相連的第一換熱器(1)和第一加熱器(2)，所述第一加熱器(2)的出口連接到sofc/soec電堆(3)的陰極側(cè)，空氣從所述第一換熱器(1)的進(jìn)口進(jìn)入并經(jīng)由第一加熱器(2)通入sofc/soec電堆(3)中。

3.如權(quán)利要求1所述的一種雙重預(yù)熱的sofc/soec混合測試系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料氣加熱管路包括依次連接的第三換熱器(6)和第二加熱器(7)，所述第二加熱器(7)的出口端連接到sofc/soec電堆(3)的陽極側(cè)，燃料氣進(jìn)入第三換熱器(6)后經(jīng)由第二加熱器(7)通入sofc/soec電堆(3)的陽極側(cè)。

4.如權(quán)利要求3所述的一種雙重預(yù)熱的sofc/soec混合測試系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料氣加熱管路還包括依次連接的第二換熱器(5)、第一三通閥(8)和第二三通閥(9)，所述第二三通閥(9)與第三換熱器(6)連接；在soec測試模式下，燃料氣還經(jīng)由第二換熱器(5)、第一三通閥(8)和第二三通閥(9)進(jìn)入第三換熱器(6)中。

5.如權(quán)利要求4所述的一種雙重預(yù)熱的sofc/soec混合測試系統(tǒng)，其特征在于，所述第一三通閥(8)還連接有水蒸氣供應(yīng)裝置，所述水蒸氣供應(yīng)裝置用于在soec測試模式下為燃料氣加熱管路提供水蒸氣。

6.如權(quán)利要求4所述的一種雙重預(yù)熱的sofc/soec混合測試系統(tǒng)，其特征在于，所述sofc/soec電堆(3)與燃燒器(4)之間的管路上還設(shè)置有第三三通閥(10)，所述第三三通閥(10)與第二換熱器(5)連接，所述第二換熱器(5)還連接有儲氣罐(11)；在soec測試模式下，所述第三三通閥(10)用于將sofc/soec電堆(3)產(chǎn)生的一部分燃料氣通入第二換熱器(5)后輸入儲氣罐(11)中存儲，將剩余燃料氣通入燃燒器(4)中繼續(xù)燃燒。

7.如權(quán)利要求5所述的一種雙重預(yù)熱的sofc/soec混合測試系統(tǒng)，其特征在于，所述水蒸氣供應(yīng)裝置包括依次連接的儲水罐(12)和蒸發(fā)器(13)，所述蒸發(fā)器(13)與第二換熱器(5)連接。

8.如權(quán)利要求1所述的一種雙重預(yù)熱的sofc/soec混合測試系統(tǒng)，其特征在于，所述sofc/soec電堆(3)的陽極端還連接有電源(14)。

9.一種利用如權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的混合測試系統(tǒng)進(jìn)行雙重預(yù)熱的sofc/soec混合測試方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：使空氣經(jīng)由空氣加熱管路進(jìn)入到sofc/soec電堆(3)的陰極側(cè)，使燃料氣經(jīng)由燃料氣加熱管路進(jìn)入sofc/soec電堆(3)的陽極側(cè)；將sofc/soec電堆(3)中燃料氣和空氣反應(yīng)后剩余的空氣通入燃燒器(4)中反應(yīng)；再使燃燒器(4)反應(yīng)后的尾氣進(jìn)入空氣加熱管路的進(jìn)氣端和/或燃料氣加熱管路的進(jìn)氣端，使燃燒器(4)的尾氣能對下一次參與反應(yīng)的空氣和燃料氣預(yù)熱后再從空氣加熱管路的進(jìn)氣端和/或燃料氣加熱管路的進(jìn)氣端排出。

10.如權(quán)利要求9所述的一種雙重預(yù)熱的ssofc/soec混合測試方法，其特征在于，在soec測試模式下，還包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本申請屬于電池測試技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種雙重預(yù)熱的SOFC/SOEC混合測試系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括：空氣加熱管路和燃料氣加熱管路，空氣加熱管路與SOFC/SOEC電堆的陰極側(cè)連接，燃料氣加熱管路與SOFC/SOEC電堆的陽極側(cè)連接；SOFC/SOEC電堆的陰極側(cè)還與燃燒器的進(jìn)口連接；燃燒器的出口連接到空氣加熱管路的進(jìn)氣端和/或燃料氣加熱管路的進(jìn)氣端，使燃燒器的尾氣能對下一次參與反應(yīng)的空氣和燃料氣預(yù)熱后再從空氣加熱管路的進(jìn)氣端和/或燃料氣加熱管路的進(jìn)氣端排出。本申請集成了SOFC測試系統(tǒng)和SOEC測試系統(tǒng)，同時能高效回收尾氣余熱，并利用尾氣余熱為空氣和燃料氣預(yù)熱，進(jìn)一步降低測試系統(tǒng)能耗。

技術(shù)研發(fā)人員：涂正凱,龔騁原,溫昶,池波,譚余波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華中科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30