本發(fā)明是有關于一種發(fā)電設備，且特別是有關于一種整合化學回路程序(Chemical Looping Process,CLP)與固態(tài)氧化物燃料電池(solid oxide fuel cell,SOFC)的發(fā)電設備及其操作方法。

背景技術：

固態(tài)氧化物燃料電池系統(tǒng)操作溫度約在850℃，由于這種燃料電池需要在高溫環(huán)境下才可穩(wěn)定運轉(zhuǎn)發(fā)電，目前系統(tǒng)升溫或維持系統(tǒng)操作環(huán)境溫度方式通常使用氣體加熱器來符合系統(tǒng)的熱需求。但使用氣體加熱器持溫方式，屬于耗能非具能源效益，因此，需搭配一個具高溫產(chǎn)氣的系統(tǒng)聯(lián)供運轉(zhuǎn)，利用其供應燃料需求，并有效回收高溫氣源的熱能，則能達到系統(tǒng)節(jié)能與簡化的目標。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種整合化學回路程序與固態(tài)氧化物燃料電池的發(fā)電設備，能兼具二氧化碳捕獲、高能源使用率與高發(fā)電效率的效果。

本發(fā)明另提供一種整合化學回路程序與固態(tài)氧化物燃料電池的發(fā)電設備的操作方法，能將廢熱再回收利用。

本發(fā)明的整合化學回路程序與固態(tài)氧化物燃料電池的發(fā)電設備，包括具有一閥門將其分隔成第一及第二腔室的腔體、設于第一腔室內(nèi)的固態(tài)氧化物燃料電池(solid oxide fuel cell,SOFC)裝置以及設于第二腔室內(nèi)的化學回路程序(chemical looping process,CLP)裝置。CLP裝置會產(chǎn)生高溫的氫氣與高溫的二氧化碳，其中氫氣作為SOFC裝置的陽極燃料，并借由第一閥門的開啟使高溫的二氧化碳進入第一腔室，用以加熱SOFC裝置。

其中，所述第一腔室位于所述第二腔室上方。

其中，所述第一腔室還包括二氧化碳排出口。

其中，所述設備還包括第二閥門，設置于所述二氧化碳排出口旁，用以開 啟或關閉所述二氧化碳排出口。

其中，所述設備還包括氣流分布器，設置于所述第一腔室內(nèi)并介于所述第一閥門與所述固態(tài)氧化物燃料電池裝置之間。

其中，所述氣流分布器為具有數(shù)個孔穴的平板。

其中，所述化學回路程序裝置包括通入蒸汽用的蒸汽管路、通入燃料用的燃料管路、排放氫氣用的氫氣管路、與通入空氣用的空氣管路。

其中，所述固態(tài)氧化物燃料電池裝置包括通入陽極燃料用的陽極管路與通入陰極燃料用的陰極管路，且所述陽極管路與所述化學回路程序裝置的所述氫氣管路連通。

其中，所述設備還包括蒸汽產(chǎn)生器，用以供應所述化學回路程序裝置蒸汽。

其中，所述設備還包括第一加熱單元，用以加熱自所述第一腔室排出的二氧化碳，并傳送到所述蒸汽產(chǎn)生器。

其中，所述設備還包括第二加熱單元，用以加熱自所述固態(tài)氧化物燃料電池裝置排出的尾氣，并傳送到所述蒸汽產(chǎn)生器。

其中，所述設備還包括水幫浦，用以供應水到所述蒸汽產(chǎn)生器。

其中，所述設備還包括陽極燃料供應單元，用以接受稀釋氣體以及自所述化學回路程序裝置產(chǎn)生的所述氫氣，并供應至所述固態(tài)氧化物燃料電池裝置。

其中，所述陽極燃料供應單元包括：

第一熱交換器，用以降低所述氫氣的溫度并應用熱交換取出的熱能加熱所述稀釋氣體；

第一分流閥，用以分流自所述第一熱交換器進入的所述氫氣；

抽氣幫浦，用以抽取經(jīng)過所述第一分流閥的所述氫氣；

第一流量計，控制來自所述抽氣幫浦的所述氫氣的流量；以及

混合器，接受經(jīng)所述第一流量計控制流量的所述氫氣與經(jīng)所述第一熱交換器加熱的所述稀釋氣體。

其中，所述陽極燃料供應單元還包括氫氣儲存槽，用以儲存經(jīng)過所述第一分流閥的部分所述氫氣，在所述化學回路程序裝置停機或故障時作為所述固態(tài)氧化物燃料電池裝置進入停機程序所需氫氣來源。

其中，所述陽極燃料供應單元還包括除塵器，設置于所述第一熱交換器與所述第一分流閥之間，用以對降溫后的所述氫氣進行除塵步驟。

其中，所述設備還包括稀釋氣體供應單元，用以供應所述稀釋氣體至所述陽極燃料供應單元，且所述稀釋氣體供應單元包括：

第二分流閥，用以分流氮氣與來自所述第一腔室排出的二氧化碳，所述稀釋氣體是選自所述氮氣與所述二氧化碳其中之一；

第二熱交換器，用以加熱經(jīng)過所述第二分流閥的所述稀釋氣體；以及

第三分流閥，設置于所述第二分流閥與所述第二熱交換器之間，用以將所述稀釋氣體繞過所述第二熱交換器。

其中，所述設備還包括空氣供應單元，用以分別供應空氣至所述化學回路程序裝置與所述固態(tài)氧化物燃料電池裝置。

其中，所述空氣供應單元包括：

空氣幫浦；

第二流量計，配合所述固態(tài)氧化物燃料電池裝置所需的空氣量，控制來自所述空氣幫浦的所述空氣的量；

第三流量計，配合所述化學回路程序裝置所需的空氣量，控制來自所述空氣幫浦的所述空氣的量；以及

第四分流閥，用以分流來自所述第二流量計的所述空氣。

其中，所述設備還包括空氣進氣管路，設置于所述第二腔室內(nèi)并與所述空氣供應單元相連，以借由所述化學回路程序裝置產(chǎn)生的所述二氧化碳加熱由所述第四分流閥進入所述空氣進氣管路中的所述空氣。

其中，所述設備還包括熱箱，用以加熱通過所述空氣進氣管路的所述空氣，并傳送被加熱的空氣到所述固態(tài)氧化物燃料電池裝置。

其中，所述化學回路程序裝置是使用碳基燃料與鐵系載氧體作為反應原料，以產(chǎn)生所述氫氣與所述二氧化碳。

本發(fā)明的操作方法包括供應燃料至一發(fā)電設備的CLP裝置，以產(chǎn)生氫氣與二氧化碳，其中發(fā)電設備包括被一第一閥門分隔成第一及第二腔室的一個腔體，而上述CLP裝置就設置在第二腔室內(nèi)。然后，開啟上述第一閥門，使CLP裝置產(chǎn)生的二氧化碳通過開啟的第一閥門進入第一腔室，以加熱設置在第一腔室內(nèi)的SOFC裝置。至于CLP裝置產(chǎn)生的氫氣則被輸送至SOFC裝置，以作為SOFC裝置的陽極燃料。

其中，所述方法還包括控制所述第一閥門的閥開度，以根據(jù)所述固態(tài)氧化 物燃料電池裝置的溫度，控制所述二氧化碳進入所述第一腔室的流量。

其中，所述方法還包括控制第二閥門的閥開度，以根據(jù)所述固態(tài)氧化物燃料電池裝置的溫度，控制所述二氧化碳排出所述第一腔室的流量，所述第二閥門設置在所述第一腔室排出所述二氧化碳的開口處。

其中，所述方法還包括使用所述固態(tài)氧化物燃料電池裝置的尾氣或自所述第一腔室排出的所述二氧化碳作為所述化學回路程序裝置的蒸汽熱源。

其中，在使用所述尾氣或自所述第一腔室排出的所述二氧化碳作為所述蒸汽熱源之前，還包括加熱所述尾氣或所述二氧化碳。

其中，所述方法還包括使用氮氣對自所述第一腔室排出的所述二氧化碳進行熱交換，以加熱所述氮氣并降低所述二氧化碳的溫度，其中，經(jīng)加熱的所述氮氣是作為所述固態(tài)氧化物燃料電池裝置的稀釋氣體源。

其中，所述方法還包括使用自所述第一腔室排出的所述二氧化碳作為所述固態(tài)氧化物燃料電池裝置的稀釋氣體源。

其中，所述方法還包括使用所述化學回路程序裝置產(chǎn)生的所述氫氣對所述固態(tài)氧化物燃料電池裝置的稀釋氣體源進行熱交換，以加熱所述稀釋氣體源并降低所述氫氣的溫度。

其中，所述方法還包括儲存所述化學回路程序裝置產(chǎn)生的所述氫氣的一部分，以在所述化學回路程序裝置停機或故障時供應至所述固態(tài)氧化物燃料電池裝置，作為所述固態(tài)氧化物燃料電池裝置進入停機程序所需氫氣來源。

其中，所述方法還包括借由所述化學回路程序裝置產(chǎn)生的所述二氧化碳加熱設置于所述第二腔室內(nèi)的空氣進氣管路中的空氣，并以經(jīng)加熱的所述空氣作為所述固態(tài)氧化物燃料電池裝置的陰極燃料。

其中，所述方法還包括使用所述固態(tài)氧化物燃料電池裝置的尾氣對空氣進行熱交換，以加熱空氣，并以經(jīng)加熱的所述空氣作為所述固態(tài)氧化物燃料電池裝置的陰極燃料。

基于上述，本發(fā)明能借由化學回路程序與固態(tài)氧化物燃料電池一體成型的設計，并搭配運轉(zhuǎn)接口配置與兼顧固態(tài)氧化物燃料電池高溫穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)，以兼具二氧化碳捕獲、高能源使用率與高發(fā)電效率的效果。

以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。

附圖說明

圖1是依照本發(fā)明的第一實施例的一種整合化學回路程序與固態(tài)氧化物燃料電池的發(fā)電設備的簡圖。

圖2是依照本發(fā)明的第二實施例的一種整合化學回路程序與固態(tài)氧化物燃料電池的發(fā)電設備的示意圖。

圖3是依照本發(fā)明的第三實施例的一種整合化學回路程序與固態(tài)氧化物燃料電池的發(fā)電設備的示意圖。

圖4是依照本發(fā)明的第四實施例的一種整合化學回路程序與固態(tài)氧化物燃料電池的發(fā)電設備的示意圖。

圖5是依照本發(fā)明的第五實施例的一種整合化學回路程序與固態(tài)氧化物燃料電池的發(fā)電設備的示意圖。

圖6是依照本發(fā)明的第六實施例的一種整合化學回路程序與固態(tài)氧化物燃料電池的發(fā)電設備的示意圖。

其中，附圖標記：

10、20：整合CLP與SOFC的發(fā)電設備

100、200：腔體

102、202、210：閥門

104、204：第一腔室

106、206：第二腔室

108、208：固態(tài)氧化物燃料電池裝置

110：化學回路程序裝置

212：氣流分布器

214：還原反應器

216：氧化反應器

218：燃燒器

220：旋風分離器

222：燃料管路

224：蒸汽管路

226：空氣管路

228：排氣管路

230：氫氣管路

232：陽極管路

234：陰極管路

300：蒸汽產(chǎn)生器

302：第一加熱單元

304：第二加熱單元

306、512：后燃器

308、402、418、514：熱交換器

310：水幫浦

400：陽極燃料供應單元

404、420、422、508、600：分流閥

406：抽氣幫浦

408、504、506：流量計

410：混合器

412：氫氣儲存槽

414：除塵器

416：稀釋氣體供應單元

500：空氣供應單元

502：空氣幫浦

510：熱箱

具體實施方式

圖1是依照本發(fā)明的第一實施例的一種整合化學回路程序(CLP)與固態(tài)氧化物燃料電池(SOFC)的發(fā)電設備的簡圖。

請參照圖1，本實施例的發(fā)電設備10中的主要系統(tǒng)都設置在一腔體100內(nèi)，且腔體100具有一閥門102將其分隔成第一腔室104與第二腔室106，而發(fā)電設備10中的固態(tài)氧化物燃料電池(SOFC)裝置108和化學回路程序(CLP)裝置110就分別設置在第一腔室104與第二腔室106內(nèi)。當燃料被供應至發(fā)電設備10的CLP裝置110，會產(chǎn)生高溫的二氧化碳與高溫的氫氣，且二氧化碳溫度約 在900℃以上。舉例來說，CLP裝置110是使用碳基燃料作為反應原料，而鐵系載氧體則為化學反應過程中氧氣源的提供來源，并借以產(chǎn)生氫氣與二氧化碳。然后，可借由開啟閥門102，使高溫的二氧化碳進入第一腔室102，進而加熱設置在第一腔室102內(nèi)的SOFC裝置108。本實施例中的閥門102可根據(jù)需求作不同設計，譬如圖中有搭配耐高溫的檔板，但本發(fā)明并不限于此，且用于發(fā)電設備10的閥門102(與檔板)較佳是可耐溫1000℃以上，其耐溫范圍例如在1000℃～1800℃之間。至于CLP裝置110產(chǎn)生的氫氣則被輸送至SOFC裝置108，以作為SOFC裝置108的陽極燃料。在本實施例中，第一腔室104是位于第二腔室106上方，但本發(fā)明并不限于此，只要高溫的二氧化碳能在閥門102開啟后進入第一腔室102內(nèi)，無論是借由熱氣往上升的原理或者是借由其它抽氣裝置輔助，均可采用以能達到上述效果。

在本實施例中，進入第一腔室102的高溫二氧化碳能加熱SOFC裝置108，使其達到可應用的操作溫度，并可借由量測SOFC裝置108(如燃料電池堆)的溫度，來決定是否繼續(xù)加熱或者加熱的程度。舉例來說，可根據(jù)SOFC裝置108的溫度，控制閥門102的閥開度，借此控制二氧化碳進入第一腔室102的流量。文中所謂的「閥開度」是指閥門開啟的程度，即閥開度為0代表閥門全關、閥開度為100％代表閥門全開、閥開度為50％代表閥門半開，依此類推。

圖2是依照本發(fā)明的第二實施例的一種整合化學回路程序與固態(tài)氧化物燃料電池的發(fā)電設備的示意圖。

請參照圖2，本實施例的發(fā)電設備20中的主要系統(tǒng)設置在一腔體200內(nèi)，且腔體200具有一第一閥門202將其分隔成第一腔室204與第二腔室206，而發(fā)電設備20中的固態(tài)氧化物燃料電池(SOFC)裝置208和化學回路程序(CLP)裝置就分別設置在第一腔室204與第二腔室206內(nèi)。在本實施例中，第一腔室204可具有二氧化碳排出口200a，并且在二氧化碳排出口200a旁設置一第二閥門210，用以開啟或關閉二氧化碳排出口200a。另外，因二氧化碳氣流的溫度極高，為避免氣流分散不均造成SOFC裝置208的電池溫度分布不均進而影響反應效率，因此，可在第一腔室204內(nèi)的SOFC裝置208與第一、第二閥門202和210之間，加設一氣流分布器212。當高溫的二氧化碳氣流欲進入時，能借由氣流分布器212進行氣流分布，以達一均勻散布的流場，其中氣流分布器212例如具有數(shù)個孔穴的平板或其它適合的設計。

至于CLP裝置可包含還原反應器214、氧化反應器216、燃燒器218以及旋風分離器220，其工作原理為應用載氧體于化學回路程序中進行氧化還原反應，燃料(如：碳基燃料)先由燃料管路222中通入，于還原反應器214中進行化學反應生成高溫的二氧化碳，高溫的二氧化碳將經(jīng)由排氣管路228排出，而載氧體會繼續(xù)落入氧化反應器216中，同時也將于氧化反應器216內(nèi)由蒸汽管路224中通入蒸汽以進行第二次化學反應。排氣管路228除向上排放，亦可為側(cè)邊排放，或上方與側(cè)邊同時排放至第二腔室206，而排出的高溫二氧化碳匯流到第一腔室204作為SOFC裝置208預熱或持溫的熱源。氧化反應將生成高溫氫氣，而高溫氫氣也將由氧化反應器216中排放至氫氣管路230中。此時，未反應完全的載氧體將繼續(xù)落入燃燒器218中，且經(jīng)由空氣管路226中通入空氣到燃燒器218進行反應，借以還原反應的載氧體，隨后載氧體將進入旋風分離器220，持續(xù)進行此化學回路反應程序。SOFC裝置208則可包括通入陽極燃料用的陽極管路232與通入陰極燃料用的陰極管路234，且陽極管路232與CLP裝置的氫氣管路230連通，因此，能接受氫氣作為SOFC裝置208的陽極燃料。

在本實施例中，第一閥門202和第二閥門210可搭配耐高溫的擋板設計出氣流通路，因此，當?shù)谝婚y門202和第二閥門210開啟后，高溫的二氧化碳氣流會通過第一閥門202并通過氣流分布器212將氣流均勻散布，此時SOFC裝置208周圍均散布高溫的二氧化碳氣流，應用此高溫氣流加熱SOFC裝置208使其達到所需的操作溫度后，高溫氣流將再度通過氣流分布器212進入第二閥門210，隨后離開第一腔室204。而且，可借由量測SOFC裝置208的溫度來決定是否繼續(xù)進行加熱，若要繼續(xù)加熱則控制第一閥門202與第二閥門210持續(xù)開啟；反之，若已達到SOFC裝置208的操作溫度，則將關閉第一閥門202與第二閥門210，借由第一閥門202與第二閥門210的開啟或關閉，來決定高溫二氧化碳氣流進入第一腔室204中的流量。此外，還可借由控制第二閥門210的閥開度，來控制二氧化碳排出第一腔室204的流量。舉例來說，當SOFC裝置208在開機升溫階段，則第一閥門202與第二閥門210都全開；當SOFC裝置208在持溫階段，第一閥門202與第二閥門210也都全開；當SOFC裝置208在負載階段，則第一閥門202與第二閥門210都全關；當SOFC裝置208在關機降溫階段，第一閥門202與第二閥門210則都半開。

圖3是依照本發(fā)明的第三實施例的一種整合化學回路程序與固態(tài)氧化物燃 料電池的發(fā)電設備的示意圖，其中使用與圖2相同的元件符號來表示相同或類似的構件。

請參照圖3，本實施例中除了圖2的構件之外，還可使用SOFC裝置208的尾氣或自第一腔室204排出的二氧化碳作為CLP裝置的蒸汽熱源，且在將上述氣體作為蒸汽熱源之前，還可先加熱上述尾氣或二氧化碳。舉例來說，氧化反應器216中的反應所需蒸汽可由一蒸汽產(chǎn)生器300產(chǎn)生，蒸汽產(chǎn)生器300所需的熱源則經(jīng)由第一加熱單元302(如熱交換器)加熱自第一腔室204排出的二氧化碳來提供；亦或，經(jīng)由第二加熱單元304加熱自SOFC裝置208排出的尾氣來提供，其中第二加熱單元304例如由后燃器306和熱交換器308組成的裝置，上述尾氣可為熱交換器308后的尾氣。至于蒸汽產(chǎn)生器300所需的水源可由水幫浦310提供，但本發(fā)明并不限于此。蒸汽產(chǎn)生器300所需的水源也可采用各個熱交換器冷凝收集而來的水。

以SOFC裝置208的操作為例，當SOFC裝置208在開機升溫階段，SOFC裝置208的尾氣與自第一腔室204排出的二氧化碳都不需升溫；當SOFC裝置208在持溫階段，SOFC裝置208的尾氣與自第一腔室204排出的二氧化碳都要維持高溫；當SOFC裝置208在負載階段，SOFC裝置208的尾氣與自第一腔室204排出的二氧化碳都要維持高溫；當SOFC裝置208在關機降溫階段，SOFC裝置208的尾氣與自第一腔室204排出的二氧化碳都不需升溫。

圖4是依照本發(fā)明的第四實施例的一種整合化學回路程序與固態(tài)氧化物燃料電池的發(fā)電設備的示意圖，其中使用與圖2相同的元件符號來表示相同或類似的構件。

請參照圖4，本實施例中除了圖2的構件之外，還可包括一陽極燃料供應單元400，用以接受稀釋氣體以及自CLP裝置產(chǎn)生的氫氣，并供應至SOFC裝置208。因SOFC的氫氣濃度不需要太高，因此，在本實施例中可應用氮氣或二氧化碳來作為上述稀釋氫氣用的氣體，而氮氣的來源可來自液態(tài)氮鋼瓶或是制氮機。上述陽極燃料供應單元400可包括熱交換器402、分流閥404、抽氣幫浦406、流量計408與混合器410。舉例來說，由化學回路程序中所生成的高溫氫氣氣流，經(jīng)由氫氣管路230中進入熱交換器402中。熱交換器402至少具有兩個功用，第一為降低高溫氫氣的溫度，以利后續(xù)氣體除塵步驟；第二為應用熱交換取出的熱作為加熱稀釋氣體使用。氫氣經(jīng)過降溫后可直接進入一除塵器 414中進行除塵步驟，再進入分流閥404；或者借由在燃料進入燃料管路222時先用篩網(wǎng)過篩去除其中的粉末，達到除塵效果，所以降溫后的氫氣也可直接進入分流閥404中進行分流。在此過程中還可將CLP裝置產(chǎn)生的部分氫氣經(jīng)過分流閥404分流而儲存至氫氣儲存槽412，以在CLP裝置停機或故障時，作為SOFC裝置208進入停機程序所需氫氣來源，也可直接將部分氫氣輸送后端化學工藝產(chǎn)線，用以制造工業(yè)或民生化學品。另一部分的氫氣則可應用抽氣幫浦406將其抽入管路中，并應用流量計408控制所需流入混合器410中的氫氣量，混合器410的功能主要為混合欲進入SOFC裝置208的氣體(稀釋氣體以及氫氣)，當氣體于此混合完成后隨之將進入SOFC裝置208的陽極管路232中作為陽極所需的燃料。上述流量計408可為質(zhì)量流量計或質(zhì)量流量控制器(Mass flow controller,MFC)。

上述稀釋氣體的來源可以是氮氣(N₂)或自第一腔室204排出的二氧化碳。如以氮氣作為稀釋氣體，可使用氮氣(N₂)對自第一腔室204排出的二氧化碳進行熱交換，以加熱氮氣并降低二氧化碳的溫度。而當二氧化碳的氣流溫度降低后，即可進行二氧化碳捕獲程序。舉例來說，可設置一稀釋氣體供應單元416，用以供應稀釋氣體至陽極燃料供應單元400的熱交換器402，且稀釋氣體供應單元416可包括熱交換器418與分流閥420與422。

當分流閥420選擇以氮氣作為稀釋氣體時，氮氣隨后進入分流閥422，分流閥422主要為控制氮氣是否需要通過熱交換器418來進行氮氣加熱升溫。氮氣于整個發(fā)電設備中會經(jīng)過兩道熱交換器，即熱交換器418及熱交換器402，熱交換器402的熱源主要是由化學回路程序中所生成的氫氣，經(jīng)由熱交換后提供來加熱氮氣，氮氣經(jīng)加熱后即往混合器410輸送，但由于SOFC裝置208于初期升溫拉載時不需要溫度太高的氮氣，因此，氮氣就可應用分流閥422繞過熱交換器418；反之，若熱交換器402所加熱的氮氣溫度未達到所需溫度，則將應用分流閥422使氮氣通過熱交換器418來多一段氮氣加熱的程序。此處熱交換器418的熱能是由自第一腔室204排出的二氧化碳取得。加熱后的氮氣將與氫氣依照所需比例于混合器410中進行混合，隨后進入陽極管路232中。

當分流閥420選擇以二氧化碳作為稀釋氣體時，其可由第一腔室204流出的高溫二氧化碳降溫取得，流出的高溫二氧化碳經(jīng)熱交換器418后，將二氧化碳的溫度降至可捕獲的溫度，隨后，流入分流閥420，并從分流閥420處控制 使二氧化碳氣流進入分流閥422，如上述氮氣的描述，若稀釋用的二氧化碳需要額外加溫，則將應用分流閥422使二氧化碳通過熱交換器418，來多一段加熱程序；若稀釋用的二氧化碳不需額外加溫，則將應用分流閥422繞過熱交換器418。加熱后的二氧化碳將與氫氣依照所需比例于混合器410中進行混合，隨后進入陽極管路232中。

以SOFC裝置208的操作為例，當SOFC裝置208在開機升溫階段，則稀釋氣體不通過熱交換器418，但會經(jīng)過熱交換器402；當SOFC裝置208在持溫階段，稀釋氣體會通過熱交換器418，也會經(jīng)過熱交換器402；當SOFC裝置208在負載階段，稀釋氣體會通過熱交換器418和熱交換器402；當SOFC裝置208在關機降溫階段，稀釋氣體不通過熱交換器418，但會經(jīng)過熱交換器402。

圖5是依照本發(fā)明的第五實施例的一種整合化學回路程序與固態(tài)氧化物燃料電池的發(fā)電設備的示意圖，其中使用與圖2相同的元件符號來表示相同或類似的構件。

請參照圖5，本實施例中除了圖2的構件之外，還可包括一空氣供應單元500，用以分別供應空氣至CLP裝置的燃燒器218與供應至SOFC裝置208。上述空氣供應單元500可包括空氣幫浦502、流量計504與506以及分流閥508。舉例來說，SOFC裝置208的陰極燃料為空氣，其來源即可應用空氣幫浦502來抽取，其中空氣幫浦502也可用大型空氣儲槽、空氣壓縮機或鼓風機代替。抽取的空氣氣流將分成兩部分使用，一部分當作SOFC裝置208的陰極燃料使用，另一部分則作為化學回路程序中燃燒器218所需的反應空氣使用。而流量計504是配合SOFC裝置208所需的空氣量，控制來自空氣幫浦502的空氣量；流量計506則是配合CLP裝置所需的空氣量，控制來自空氣幫浦502的空氣量。

作為SOFC裝置208的陰極燃料使用時，先經(jīng)過流量計504控制流量并進入分流閥508，其中流量計504可用大型空氣儲槽并于后端銜接質(zhì)量流量控制器(MFC)來代替。上述分流閥508可將空氣分為兩道氣流，一道進入設置于第二腔室206內(nèi)并與空氣供應單元500相連的一空氣進氣管路516，另一道則作為SOFC裝置208升溫或負載操作時的溫度調(diào)節(jié)用的空氣。上述空氣進氣管路516可盤繞于腔體200內(nèi)壁方式增加空氣預熱量，預熱量多寡可由管路盤繞圈數(shù)決定。當空氣進入空氣進氣管路516時，流經(jīng)空氣進氣管路516內(nèi)部的空氣受到CLP裝置產(chǎn)生的高溫二氧化碳影響，而進行第一次加熱。然后可使用SOFC 裝置208的尾氣在熱箱510中對上述空氣進行熱交換，以加熱空氣，并以經(jīng)加熱的空氣作為陰極燃料。詳細而言，若SOFC裝置208初始運作時其空氣的溫度太高，欲進入熱箱510前需先與溫度調(diào)節(jié)用的空氣混合再進入熱箱510中。熱箱510中包含兩個單元，分別為后燃器512及熱交換器514，其中后燃器512可將燃燒未反應的尾氣再燃燒，再接著經(jīng)由熱交換器514進行熱交換取出熱量，給予通過空氣進氣管路516的空氣進行第二次加熱使用，隨即進入SOFC裝置208的陰極管路234。

來自空氣幫浦502的空氣若是作為化學回路程序中燃燒器218所需的反應空氣時，則將應用流量計506控制需進入燃燒器的流量。流量計506例如質(zhì)量流量計，或可用大型空氣儲槽，并于后端銜接質(zhì)量流量控制器(MFC)來代替。

以SOFC裝置208的操作為例，當SOFC裝置208在開機升溫階段，則空氣在空氣進氣管路516被加熱，但后燃器512不作動；當SOFC裝置208在持溫階段，空氣在空氣進氣管路516被加熱，也經(jīng)后燃器512加熱；當SOFC裝置208在負載階段，空氣在空氣進氣管路516與后燃器512被加熱；當SOFC裝置208在關機降溫階段，空氣在空氣進氣管路516被加熱，但后燃器512不作動。

圖6是依照本發(fā)明的第六實施例的一種整合化學回路程序與固態(tài)氧化物燃料電池的發(fā)電設備的示意圖，其中使用與圖2至圖5相同的元件符號來表示相同或類似的構件。

在圖6中，用于加熱空氣的熱箱510可同時作為供應蒸汽產(chǎn)生器300熱源的第二加熱單元(如圖3的304)，例如熱箱510內(nèi)的后燃器512與熱交換器514配置均不變，在空氣進氣管路516可提供足夠氣體預熱量的前提下，熱箱510所產(chǎn)生的高溫廢氣熱量可轉(zhuǎn)供應蒸汽產(chǎn)生器300，來產(chǎn)生足量蒸汽供化學回路程序的氧化反應器216產(chǎn)生氫氣。

至于用來加熱蒸汽產(chǎn)生器300所需的熱源的熱交換器302也可同時作為加熱稀釋用氣體的熱交換器(如圖4的418)；也就是說，經(jīng)熱交換器302后的二氧化碳氣流，可經(jīng)過分流器600分流。此時若要應用二氧化碳作為稀釋氣體，則可從分流閥600處控制使二氧化碳氣流進入分流閥420中；若要將二氧化碳作為蒸汽產(chǎn)生器300所需的熱源，則可從分流閥600處控制使二氧化碳氣流提供到蒸汽產(chǎn)生器300。此外，由經(jīng)蒸汽產(chǎn)生器300排放的低溫二氧化碳，還可回 送至分流閥420位置，作為稀釋氣體的來源。

綜上所述，本發(fā)明借由整合化學回路程序與固態(tài)氧化物燃料電池系統(tǒng)，可不使用電子式氣體加熱器，來提供高溫運行環(huán)境，并能使發(fā)電設備內(nèi)所有廢熱再回收利用，故可達到兼具二氧化碳捕獲、高能源使用率與高發(fā)電效率的效果。

當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領域的技術人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明權利要求的保護范圍。