包括燃料电池单元和部件的装置、用于该装置的部件单元和堆叠部件制造方法及图纸

本发明专利技术涉及包括燃料电池单元和部件的装置、用于该装置的部件单元和堆叠部件。所述装置包括：具有多个燃料电池且限定装置的纵向轴线及与该纵向轴线同轴的主流向的燃料电池单元，电池单元的相反两端设置有与主流向共线的燃料电池入口和出口。装置还包括：具有第一流体管道的部件，其布置成平行于主流向并包括设置在部件的相反两端且与主流向共线的第一流体入口和出口。部件布置成邻近燃料电池单元，使得第一流体入口和出口中的至少一者布置成邻近燃料电池出口和入口中的至少一者，从而当进入装置的流体流从部件流到燃料电池单元或反之亦然时，流体流能在第一流体管道及燃料电池单元中以大体上平行于装置的纵向轴线的方式流动。

【技术实现步骤摘要】
包括燃料电池单元和部件的装置、用于该装置的部件单元和堆叠部件
本专利技术涉及一种具有燃料电池单元和部件(例如，热交换器或重整器)的装置。本专利技术还涉及一种堆叠部件，例如用于上述装置或，通常用于与需要流体流过的设备相结合。本专利技术还涉及一种具有两个堆叠部件的部件单元。
技术介绍
为了优化燃料电池堆的能量性能，需要结合热交换器、加力燃烧室、重整器或多个这些部件。这样由于空间常常受限，会优先采用紧凑系统。在WO-A-2004/082057中，描述了一种模块化构建的燃料电池系统，其中其他部件例如加力燃烧室、热交换器和重整器随后被配置到平面的燃料电池堆。燃料电池堆和其他部件的外部几何形状彼此匹配。通过部件中设置的板和管道中的钻孔，流体被导入部件中并从一个部件流到另一个部件。板与常规流向垂直设置，使得该流必须通过管道从一个部件导向另一个部件。需要偏转板桥接系统中的各个流体通道。这样，由于流体流动偏转，这个系统能承受高压降以及不均匀的温度，并且需要额外的空间来容纳部件间的连接部件。
技术实现思路
因此，需要一种紧凑装置，其具有燃料电池单元和例如热交换器、重整器、预热器或加力燃烧室的部件，该装置可提供良好的流动特性。还需要提供一种具有两个堆叠部件的部件单元以形成例如一种装置，或者例如用于该装置的一个堆叠部件，以支撑组合系统的整体性能。根据本专利技术的一个方面，提供了一种装置，该装置包括：具有平行布置的多个燃料电池的燃料电池单元，该燃料电池单元限定所述装置的纵向轴线并且还限定与所述装置的所述纵向轴线同轴的主流向。在所述燃料电池单元的相反两端设置有燃料电池入口和燃料电池出口，并且所述燃料电池入口和所述燃料电池出口与所述主流向共线。所述装置还包括：具有第一流体管道的部件，所述第一流体管道被布置成平行于所述主流向。所述第一流体管道包括设置在所述部件的相反两端且与所述主流向共线的第一流体入口和第一流体出口。所述部件被布置成邻近所述燃料电池单元，使得所述部件的所述第一流体入口和所述第一流体出口中的至少一者被布置成邻近所述燃料电池出口和所述燃料电池入口中的至少一者，从而当进入所述装置的流体流从所述部件流到所述燃料电池单元或反之亦然时，所述流体流能在所述部件的所述第一流体管道中以及所述燃料电池单元中以大体上平行于所述装置的所述纵向轴线的方式流动。根据本专利技术，燃料电池单元和部件(优选热交换器或重整器)被设置成使得流体可实质上线性流动并沿着主流向穿过所述部件和所述燃料电池单元，从而形成穿过装置的主流体流。燃料电池单元和部件以相邻的方式设置，并且燃料电池入口和部件的第一流体出口或者燃料电池出口和部件的第一流体入口以相邻的方式设置，这允许流体从所述部件到燃料电池单元的畅通或无偏转的穿过，反之亦然(这取决于部件和燃料电池单元沿着主流向的彼此上游和下游的设置)。根据本专利技术，装置中不会发生装置之间或部分装置中流向的方向的反转或改变，例如90度。这可以在装置中提供完整的低压降，均匀的流速和均匀的温度分布，以及更少部件需求的紧凑设计。另外，在装置和该装置的各个部分中可以实现均匀流动。装置的各部分之间或部件内的各部分之间的界面或管道连接变得不被需要，从而促进了紧凑装置的实现。由于装置中改善的温度分布，也可以实现提高的能量效率。部件或燃料电池单元可以模块化并组合成根据本专利技术的装置，这方便了根据本专利技术的装置的制造、安装和维护。例如，方便了部件或燃料电池单元的更换。同时，部件可以更容易地适应具体的燃料电池单元设计。如果部件是包括多个彼此平行且上下叠置的板的板堆叠，那么部件的板被布置成平行于主流向。如果燃料电池单元是包括多个彼此平行且上下叠置的板的平面燃料电池单元，那么装置的所有板可以被布置成平行于主流向且实质上彼此平行。然而，部件或平面燃料电池单元的板可以分别围绕一个旋转轴相对于装置的纵向轴线或主流向旋转。部件、燃料电池单元、其他部件或者装置的多个部分的彼此相互间的旋转，例如可以在0度到180度之间的范围内，优选90度。在这些实施方式中，装置的所有部分的板被布置成平行于主流向。然而，例如相邻堆叠的板例如可以布置成彼此垂直。在一些优选实施方式中，燃料电池单元是高温燃料电池的单元，例如固体氧化物燃料电池(SOFC)。尤其是，在高温燃料电池中，可进一步采用高温流体，并且用于燃料电池的燃料中只有一部分被燃料电池本身所利用。因此，其他效果可以通过优化流动特性来获得，尤其在将燃料电池与热交换器或重整器或优选二者组合时。沿主流向流动的主流体流例如可以是燃料电池和重整器的阴极流以及流经热交换器的热气。优选地，主流体流是流体流，其具有穿过燃料电池单元和装置的部件的较高的体积流速。这样，主流体对应于穿过部件的第一流体，而第二流体通常具有相比于第一流体的流速低的体积流速的流速。第二流体还可以是具有相比于第一或主流体低的质量流速的流体流。然而，较低的体积流还可以由具有同样质量流速但具有比主流体低的温度的流体流来实现(或第一流)。通过优化，尤其是均匀化具有更高体积流速的流体流，可以获得非常好的效率的装置。例如，重整器的阴极流可以比阳极流高约两个数量级。可以优化堆叠部件的第二流体管道中的第二流体流。第二流体也以平行于堆叠部件的板的方式流动。部件可以设置在燃料电池单元的上游或下游。因此，(在部件设置在燃料电池单元的上游的情况下)部件的第一流体出口被布置成邻近燃料电池入口，或者(在部件设置在燃料电池单元的下游的情况下)燃料电池出口被布置成邻近部件的第一流体入口。如果在根据本专利技术的装置中提供一个或多个其他部件，例如热交换器、重整器、加力燃烧室或预热器，优选在其他部件中设置用于流体的管道，例如以允许第一流体流入主流向。这样，通过其他部件可以扩展一个装置，而不会失去它的流动特性或它的紧凑性。有利的是，例如，用于根据本专利技术的装置的部件是重整器或热交换器，例如也可以是加力燃烧室或预热器的形式。在根据本专利技术的装置的一些优选实施方式中，部件可以设置在燃料电池单元的一侧，优选上游，并且至少一个另外的部件设置在燃料电池单元的相反侧，优选下游。例如，热交换器可以设置在燃料电池单元的上游侧，使得热气流平行于装置的纵向轴线流动并进入燃料电池单元的燃料电池中作为阴极流。直到离开燃料电池单元，这个阴极流仍旧沿着平行于装置的纵向轴线的主流向进入并穿过设置在下游并邻近燃料电池单元的重整器。在装置的这种设置中，热交换器中的第二流体流例如可以是来自燃料电池单元的阳极气体与热气的混合物。随后，这个混合物在热交换器中氧化。所产生的热用于(进一步)加热阴极气体，然后导入燃料电池单元的燃料电池中。随后，来自燃料电池单元的排污口可以直接连接到相邻设置的热交换器的第二流体入口。燃料电池单元所产生的热可用于设置在更下游的重整器中的重整行为。如果热交换器设置在燃料电池单元的下游，第二流体例如可以是由热交换器的第一热流体加热的冷却气体或冷却液体。根据本专利技术的装置的一个方面，燃料电池单元的高度和宽度对应于部件的高度和宽度。根据本专利技术的装置的各部分的几何形状匹配允许以非常紧凑的方式设计装置，并且允许改善流动和温度特性。各个部分的相邻设置不需要其他接口并且可以容易地用其他匹配部件来补充。虽然燃料电池单元可以是燃料电池的平面堆叠或者也可以是管状燃料电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，该装置包括：具有平行布置的多个燃料电池的燃料电池单元(2)，该燃料电池单元限定所述装置的纵向轴线并且还限定与所述装置的所述纵向轴线同轴的主流向(100)，其中，在所述燃料电池单元(2)的相反两端设置有燃料电池入口和燃料电池出口，并且所述燃料电池入口和所述燃料电池出口与所述主流向(100)共线；并且所述装置还包括：具有第一流体管道的部件(1，3)，所述第一流体管道被布置成平行于所述主流向(100)，并且所述第一流体管道包括设置在所述部件的相反两端且与所述主流向(100)共线的第一流体入口和第一流体出口，并且其中，所述部件(1，3)被布置成邻近所述燃料电池单元(2)，使得所述部件的所述第一流体入口和所述第一流体出口中的至少一者被布置成邻近所述燃料电池出口和所述燃料电池入口中的至少一者，从而当进入所述装置的流体流从所述部件流到所述燃料电池单元(2)或反之亦然时，所述流体流能在所述部件的所述第一流体管道中以及所述燃料电池单元(2)中以大体上平行于所述装置的所述纵向轴线的方式流动。

【技术特征摘要】
2013.11.04 EP 13191429.31.一种装置，该装置包括：具有平行布置的多个燃料电池的燃料电池单元(2)，该燃料电池单元限定所述装置的沿着该装置的长度方向的纵向轴线并且还限定与所述装置的所述纵向轴线同轴的主流向(100)，其中，在所述燃料电池单元(2)的相反两端设置有燃料电池入口和燃料电池出口，并且所述燃料电池入口和所述燃料电池出口与所述主流向(100)共线；并且所述装置还包括：具有第一流体管道的堆叠部件(1，3)，所述第一流体管道被布置成平行于所述主流向(100)，并且所述第一流体管道包括设置在所述堆叠部件的相反两端且与所述主流向(100)共线的第一流体入口和第一流体出口，其中，所述堆叠部件(1，3)被布置成邻近所述燃料电池单元(2)，使得所述堆叠部件的所述第一流体入口和所述第一流体出口中的至少一者被布置成邻近所述燃料电池出口和所述燃料电池入口中的至少一者，从而当进入所述装置的流体流从所述堆叠部件流到所述燃料电池单元(2)或反之亦然时，所述流体流能在所述堆叠部件的所述第一流体管道中以及所述燃料电池单元(2)中以大体上平行于所述装置的所述纵向轴线的方式流动，所述堆叠部件(1，3)还包括具有第二流体入口和第二流体出口(3200)的第二流体管道，该第二流体管道用于使第二流体流过所述堆叠部件；其中，所述第二流体入口设置在所述堆叠部件(1，3)的一侧的上游区域中，并且所述第二流体出口(3200)设置在所述堆叠部件的相反侧的下游区域中，使得所述第二流体在所述第二流体管道的中央区域(13，33)中以实质上平行于所述主流向(100)的方式流动；其中，在所述第二流体管道的所述中央区域(13，33)中布置有阻挡机构，使得由所述阻挡机构在所述中央区域(13，33)中导致的所述第二流体的压降高于在所述第二流体管道的入口分布区域(11，31)和出口收集区域(12，32)中导致的压降。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述燃料电池单元(2)的高度(300)和宽度(400)对应于所述堆叠部件(1，3)的高度(300)和宽度(400)。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，在所述燃料电池单元(2)和所述堆叠部件(1，3)之间布置有间隙(55，65)。4.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述堆叠部件是热交换器(1)或重整器(3)。5.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述堆叠部件(1，3)被设置于所述燃料电池单元(2)的一侧，并且至少一个另外的堆叠部件(3，1)被设置于所述燃料电池单元(2)的相反侧。6.根据权利要求1或2所述的装置，所述装置还包括具有入口分布部分(50)的主入口(5)，其中，所述入口分布部分(50)在所述纵向轴线的方向上的深度是沿着所述装置的高度(300)变化的。7.根据权利要求1或2所述的装置，其中，在所述第二流体管道的所述入口分布区域(11，31)中、中央区域(13，33)中以及出口收集区域(12，32)中设置不同的阻挡机构，使得由所述中央区域(13，33)中的阻挡机构导致的所述第二流体的压降比由所述入口分布区域(11，31)中和所述出口收集区域(12，32)中的阻挡机构导致的压降高。8.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·德沃斯，JP·H·汉森斯，
申请(专利权)人：斯坎比亚控股塞浦路斯有限公司，
类型：发明
国别省市：塞浦路斯;CY