本发明专利技术公开一种平板式固体氧化物燃料电池电堆装置，包括底座、单电池、单电池框架、密封件、连接体、燃料管路和空气管路，连接体上设有电池覆盖区和热交换区，燃料管路和空气管路中的气体均依次通过主进气管道、进气集流管道、进气配流管道、排气集流管道、排气配流管道和主排气管道。本发明专利技术有利于冷热流体间的热交换，降低热流体出口端的温度，能够使得密封件远离高温区，进而提高电堆的气密性，同时还能延长密封件的使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开一种平板式固体氧化物燃料电池电堆装置，包括底座、单电池、单电池框架、密封件、连接体、燃料管路和空气管路，连接体上设有电池覆盖区和热交换区，燃料管路和空气管路中的气体均依次通过主进气管道、进气集流管道、进气配流管道、排气集流管道、排气配流管道和主排气管道。本专利技术有利于冷热流体间的热交换，降低热流体出口端的温度，能够使得密封件远离高温区，进而提高电堆的气密性，同时还能延长密封件的使用寿命。【专利说明】平板式固体氧化物燃料电池电堆装置
本专利技术涉及固体氧化物燃料电池，具体涉及平板式固体氧化物燃料电池电堆装 置。
技术介绍
火力发电过程不仅复杂（首先把燃料的化学能转变成热能，然后再将热能转变为 机械能，最后由机械能转变为电能），而且火力发电过程中产生大量的粉尘、二氧化碳、so 2、 N〇x等有害物质，严重污染了人类赖以生存的环境。与火力发电原理不同，燃料电池直接将 燃料的化学能转变为电能，因此燃料电池的效率比火力发电的效率高的多。燃料电池作为 继水电、火电、核电之后的第四代新型发电技术，得到了世界各国的重视。 与其它类型的燃料电池相比，固体氧化物燃料电池具有突出的优势。固体氧化物 燃料电池的主要优势在于：（1)固体氧化物燃料电池各部分都是固态，因此避免了液态电 解质引起的腐蚀和流失问题；(2)固体氧化物燃料电池燃料灵活，不仅可以使用氢气为燃 料，而且可以直接使用碳氢化合物为燃料，例如：煤气、液化石油气、生物质气、天燃气、甲醇 等；(3)高的工作温度使固体氧化物燃料电池不需要昂贵的催化剂，且提高了催化剂对杂 质气体的忍耐性。（4)固体氧化物燃料电池排除的高温余热可以用于热电联供系统，能量利 用效率高达70%以上。正是因为以上的优点，二十世纪九十年代后期世界上发达国家普遍 投入了大量资金研究固体氧化物燃料电池相关技术难题。 固体氧化物燃料电池单电池由阳极、阴极、电解质组成，构成类似"三合板"的构 件。固体氧化物燃料电池的工作原理与化学电池例如氢镍电池、锂离子电池、铅酸电池等的 原理有着本质的不同。化学电池是个储能设备需要先储能然后再放电，而燃料电池是发电 装置，只要燃料不断的供给，就能不断的输出电能。固体氧化物燃料电池的工作原理很简 单，在阴极三相线的位置氧化剂气体被还原为氧离子，氧离子通过电解质到达阳极三相线 与燃料气结合放出电子，电子通过外电路流过负载输出电能到达阴极，在阴极三相线的位 置与氧化剂气体结合生成氧离子，如此循环往复不断输出可以利用的电能。 目前固体氧化物燃料电池两种最基本的设计是平板式固体氧化物燃料电池和管 式固体氧化物燃料电池。管式固体氧化物燃料电池是目前发展比较成熟的一种固体氧化 物燃料电池构型，例如西屋-西门子公司（专利号：BP0055011和BP0055016)的管式设计。 管式固体氧化物燃料电池单电池是一个一端开口一端封闭的、管壁由三层薄膜构成的陶瓷 管，管的直径大约在 2〇mm左右，长度大约1?2m左右。阴极支撑的管式固体氧化物燃料电 池空气从管内流入，燃料通过管子外壁供给。通过连接体可以把单电池以并联和串联的方 式组成电池堆。管式固体氧化物燃料电池的主要优点是不需要密封、电池组装简单、抗应力 能力强。缺点是电流路径长、功率密度低、成本高，这严重制约了其商业化的发展。 随着薄膜^技术的发展，平板式固体氧化物燃料电池凭借其制作简单、成本低、电流 路径短、功率密度高等优点逐渐成为发展主流。平板式固体氧化物燃料电池单电池主要由 电解质及其两侧的阳极和阴极三层平板式薄膜组成。固体氧化物燃料电池单电池的输出电 压一般小于IV，因此为了获得足够的电压和输出功率以达到实用的要求必须利用连接体把 多个单电池以并联、串联或混联的方式组装成电堆。 平板式固体氧化物燃料电池电池堆主要由单电池、单电池框架、密封材料和连接 体堆叠而成。连接体的两侧有很多槽称之为气道，气道间的脊梁我们称之为rib。燃料通过 连接体和阳极间的气道为电化学反应提供足够的燃料，空气通过连接体和阴极间的气道为 电化学反应提供足够的氧气。rib则是用来收集电化学反应产生的电流。密封材料主要位 于单电池的四周提供足够的气密性，保证燃料和空气的隔离，防止燃料和空气的泄漏，对于 提高电池的开路电压具有重要意义。 众所周知，固体氧化物燃料电池工作过程中由于电化学反应、欧姆热、活化热等放 出大量的热量，从而提高了气体和堆部件的温度。堆部件的温度及温度梯度分布对电池堆 的电池性能、电池寿命及其性能的衰减具有重要的影响作用。 固体氧化物燃料电池的气体供应方式主要由并流、逆流和交叉流三种。并流是指 燃料的流向与空气的流向相同；逆流是燃料的流向与空气的流向相反；交叉流是燃料的流 向与空气的流向相垂直。美国专利US 6824910、US4476197提供了并流的平板式固体氧化物 燃料电池设计。美国专利US6824910、US 2〇070207363Al、US20090004545A1提供了并流和 逆流的平板式固体氧化物燃料电池设计。中国专利"一种平板式中温固体氧化物燃料电池 堆"（专利号：CN〇 2ll5884·3)采用的是交叉流的平板式固体氧化物燃料电池设计。 林子敬小组（林子敬，顾晔，张晓华· YSZ中温燃料电池的稳态模拟.电化 学，2〇02, 8(4).)利用自己编写的二维平板式固体氧化物燃料电池数学模型研究并流、逆 流和交叉流设计电池温度的分布。结果显示对于并流和逆流设计，温度沿着空气流的方向 逐渐升高，并且发现不论哪种设计温度最大值都处于空气出口端。这必然导致空气出口端 的密封材料的抗热应力的能力下降，因为实验表明密封材料的抗应力能力随着温度的升高 而明显下降。较大的热应力很可能导致空气出口端的密封材料开裂。密封材料开裂的严重 后果是燃料和空气混合并发生化学反应释放大量的热量，必然导致局域过热引起材料的老 化电池性能的衰减，甚至引起爆炸威胁人身安全。因此需要改进设计以达到密封件远离电 池堆中的高温区目的，防止燃料和空气的泄漏。 与其它类型的燃料电池相比，固体氧化物燃料电池的主要优势之一是燃料灵活， 不仅可以使用氢气为燃料，而且可以直接使用碳氢化合物为燃料，例如：煤气、液化石油 气、生物质气、天燃气、甲醇等。大量文献报道（International journal of hydrogen energy 34(2009)410 - 421,Chemical Engineering Science 59(2004)87 - 97,JOURNAL OF ENGINEERING FOR THERMAL ENERGY AND POWER Vol. 23, No. 3May,2〇〇8)固体氧化物燃料电 池中的重整反应吸收大量的热量导致在燃料入口附近产生显著的局部过冷区。这可能导致 产生比较大的热应力，从而引起电解质的破裂、密封件的失效（此局部过冷区主要分布在 燃料入口附近）、电池性能的衰减。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种能够消除重整反 应吸热效应、并能够充分利用废气余热加热入口冷流体的密封件远离电池堆高温区的平板 式固本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种平板式固体氧化物燃料电池电堆装置，其特征在于：从下向上依次安装有底座(8)、底座密封件(7)、底板(6)和顶板(1)，顶板(1)与底板(6)之间安装有若干组呈上下结构层叠排布的电池电堆组，每一个电池电堆组从上向下依次层叠有密封件(2)、单电池框架(3)、密封件(2)和连接体(5)，单电池框架(3)上设有单电池(4)；所述底座(8)、底座密封件(7)、底板(6)、连接体(5)、单电池框架(3)和密封件(2)的四个边角处均开设有两个孔，且由于底座(8)、底座密封件(7)、底板(6)、连接体(5)、单电池框架(3)和密封件(2)上下层叠排布，每一层的八个孔均上下对应贯通形成八条上下贯通的管道，同一个边角处相邻的两个通道中，一个为主进气管道(9)，另一个为主排气管道(16)；所述连接体(5)的中间位置设有电池覆盖区，电池覆盖区的四侧外缘分别设有一个热交换区(17)，热交换区(17)包括两排并行的流道，外侧的流道为热流体流道(15)，内侧的流道为冷流体流道(10)；所述热流体流道(15)和冷流体流道(10)的两端均开设有气孔，且底座(8)、底座密封件(7)、底板(6)、连接体(5)、单电池框架(3)和密封件(2)上也开设有与该十六个气孔位置相对应向上贯通的气孔进而形成十六个管道，以电堆任意一对角线为轴可将这十六条管道和上面所述的八条管道分两组：燃料管路和空气管路，所述燃料管路和空气管路均依次包括：主进气管道(9)、进气集流管道(11)、进气配流管道(12)、排气集流管道(13)、排气配流管道(14)和主排气管道(16)。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孔为，张强，高祥，陈代芬，苏石川，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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