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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111952642A(43)申请公布日2020.11.17(21)申请号202010850339.6(22)申请日2020.08.21(71)申请人清华大学地址100084北京市海淀区清华园(72)发明人朱建忠韩敏芳(74)专利代理机构北京中创云知识产权代理事务所(普通合伙)11837代理人徐辉(51)Int.Cl.H01M8/04291(2016.01)H01M8/04014(2016.01)H01M8/04701(2016.01)H01M8/0662(2016.01)H01M8/2457(2016.01)F01D15/10(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称高效低振噪燃料电池发电系统(57)摘要本发明涉及一种高效低振噪燃料电池发电系统,包括燃料供应模块,空气供应模块,发电模块和能量回收利用模块;本发明增设热能回收利用模块,回收所述发电模块的阳极尾气预热燃气或返回燃烧室;回收所述发电模块的阴极尾气预热空气并返回燃烧室;回收燃烧后的尾气预热燃气,利用其热量加热液态水生成水蒸气,部分水蒸气驱动蒸汽涡轮泵抽送并预热空气,部分驱动水蒸气射流泵,驱动阳极尾气循环。本发明将系统剩余热量通过水蒸气将热能转化为机械能,利用水蒸气射流泵驱动阳极尾气循环,利用蒸汽涡轮泵驱动阴极空气的供应,极大降低系统寄生功率,提高燃料利用率和净发电效率,减少系统运动部件,降低系统振动和噪声,提高系统可靠性。CN111952642ACN111952642A权利要求书1/2页1.一种高效低振噪燃料电池发电系统,其特征在于,包括燃料供应模块,空气供应模块,发电模块和能量回收利用模块;燃气经所述燃料供应模块进行重整、预热后进入所述发电模块;空气经所述空气供应模块预热后进入所述发电模块;所述发电模块包括若干高温燃料电池堆,发生电化学反应后生成的阳极气体和阴极气体,在燃烧室内燃烧排出高温尾气;所述能量回收利用模块回收所述发电模块的阳极尾气预热燃气或返回燃烧室;回收所述发电模块的阴极尾气预热空气并返回燃烧室;回收燃烧后的尾气预热燃气。2.根据权利要求1所述的高效低振噪燃料电池发电系统,其特征在于,所述能量回收利用模块回收燃烧后的尾气,利用其热量加热液态水生成水蒸气,水蒸气驱动蒸汽涡轮泵输入并预热空气或驱动水蒸气射流泵,驱动阳极尾气循环。3.根据权利要求1或2所述的高效低振噪燃料电池发电系统,其特征在于,所述燃料供应模块包括燃料一级换热器、重整器以及燃料二级换热器;燃料经所述燃料一级换热器预热升温,进入所述重整器发生重整反应,反应生成的重整气经由所述燃料二级换热器再次预热进入发电模块的阳极;所述燃料一级换热器冷工质为输入的燃料,热工质为燃烧后的尾气;所述燃料二级换热器冷工质为重整器生成的重整气,热工质为阳极尾气。4.根据权利要求3所述的高效低振噪燃料电池发电系统,其特征在于,所述空气供应模块包括空气一级换热器和空气二级换热器;空气经所述空气一级换热器和空气二级换热器分别预热后进入发电模块的阴极;所述空气一级换热器冷工质为输入的空气,热工质为水蒸气;所述空气二级换热器冷工质为所述空气一级换热器出口排出空气,热工质为阴极尾气。5.根据权利要求4所述的高效低振噪燃料电池发电系统,其特征在于,所述能量回收利用模块包括水循环单元,所述水循环单元包括水蒸气射流泵和蒸汽涡轮泵;所述水循环单元产生水蒸气,一部分水蒸气进入蒸汽涡轮泵,驱动涡轮带动空气泵旋转输入空气,并作为所述空气一级换热器的热工质,然后返回冷凝为液态水存储,所述蒸汽涡轮泵用于所述空气供应模块输入空气;另一部分水蒸气进入水蒸气射流泵,驱动阳极尾气并与阳极尾气混合进入所述重整器。6.根据权利要求5所述的高效低振噪燃料电池发电系统,其特征在于,所述水循环单元包括储水罐、冷凝器、水泵和水蒸气发生器;所述储水罐用于存储液态水,液态水由水泵抽送至水蒸气发生器,经燃烧后的尾气加热后转换为水蒸气;经所述空气一级换热器换热后返回的水蒸气经所述冷凝器冷却为液态水后返回所述储水罐存储。7.根据权利要求5或6所述的高效低振噪燃料电池发电系统,其特征在于,所述能量回收利用模块包括阳极尾气循环单元,将阳极尾气通入所述燃料二级换热器作为热工质换热后,一部分阳极尾气由水蒸气射流泵驱动进入重整器,另一部分阳极尾气通入燃烧室。8.根据权利要求5或6所述的高效低振噪燃料电池发电系统,其特征在于,所述能量回收利用模块包括阴极尾气循环单元,将阴极尾气通入所述空气二级换热器作为热工质换热后,返回燃烧室再次参与电化学反应。9.根据权利要求6所述的高效低振噪燃料电池发电系统,其特征在于,所述能量回收利2CN111952642A权利要求书2/2页用模块包括燃烧后的尾气循