固体氧化物燃料电池单元制造技术

本发明专利技术提供了一种固体氧化物燃料电池单元，包括：包括一个或多个固体氧化物燃料电池管的管状固体氧化物燃料电池堆，每个燃料电池管具有被配置成接收燃料气体的第一端和被配置成排放废气的第二端，所述管状固体氧化物燃料电池堆具有细长轴；和包括细长本体的同流换热器，细长本体从第一端延伸到第二端，通路贯穿其中，所述细长本体具有细长轴并且具有从第一端到第二端尺寸和形状基本上一致的外横截面。通路提供(a)从细长本体的第一端延伸的联接部分，管状固体氧化物燃料电池堆可以容纳在联接部分内，以便将同流换热器与管状固体氧化物燃料电池堆联接，燃料电池管的第二端位于联接部分内，(b)从细长本体的第二端延伸的废气通道，在使用中，来自燃料电池管的第二端的废气可流动通过该废气通道并且可在第二端处排出同流换热器，管状固体氧化物燃料电池堆的长度的50％或更多可被容纳在同流换热器的联接部分内。当管状固体氧化物燃料电池堆被容纳在同流换热器的联接部分内时，管状固体氧化物燃料电池堆的细长轴与同流换热器的细长轴对准，使得可以形成可堆叠固体氧化物燃料电池单元，其中，同流换热器与管状固体氧化物燃料电池堆联接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体氧化物燃料电池单元
本专利技术涉及一种可堆叠固体氧化物燃料电池单元，其包括与管状固体氧化物燃料电池堆联接的可堆叠同流换热器(recuperator)。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(SOFC)在本领域是公知的。这些类型的燃料电池通过使燃料气体与氧化剂反应来生成直流电流。SOFC具有阳极、电解质和阴极。燃料电池可以由各种固体氧化物材料制成(例如，它们可以基于陶瓷，例如氧化锆、二氧化铈、氧化钆或其它氧化物材料，并且它们可以可选地掺杂有掺杂剂，例如氧化钇、氧化钪、氧化镁或氧化钙)。另外，SOFC可以以各种几何形状提供，例如，它们可以被提供为管状SOFC，其中，每个燃料电池呈管状，或者它们可以被提供为平面SOFC，其中，对于每个燃料电池，电解质被夹在电极之间。电解质通常是传导氧离子的致密陶瓷层。合适的材料包括氧化钇稳定氧化锆(YSZ)(例如，8％形式，Y8SZ)、氧化钪稳定氧化锆(ScSZ)(例如，Sc2O3的9mol％形式，9ScSZ)和钆掺杂的二氧化铈(GDC)。例如，陶瓷阳极层可以是由混合有陶瓷(例如，用于该特定电池中的电解质的陶瓷材料，例如YSZ)的镍制成的金属陶瓷(陶瓷-金属复合物)。阴极层必须至少是电子导电的。经常使用镧锶亚锰酸盐(LSM)。也使用由LSM和YSZ组成的复合阴极。也可以使用离子/电子混合导电(MIEC)陶瓷，例如钙钛矿LSCF。可以连接两个或更多个SOFC以形成所谓的固体氧化物燃料电池堆。为了获得有用的功率输出，将个体电池组合成堆是必需的。除了固体氧化物燃料电池堆以外，完整的固体氧化物燃料电池系统通常还包括用于将燃料气体和氧化剂气体提供到堆中的辅助子系统。燃料气体通常被导引沿着燃料电池系统的阳极并接触燃料电池系统的阳极，同时允许诸如空气或氧气之类的氧化气体沿着系统的阴极通过并接触系统的阴极。结果，燃料被氧化，氧化气体减少，以便发电。在固体氧化物燃料电池系统中，热量管理的问题是至关重要的。SOFC系统中的关键部件是同流换热器。然而，目前的同流换热器占SOFC系统总成本的很大一部分。另外，目前的同流换热器对便携式SOFC系统内的热量管理是低效的。新的管状设计，例如微管固体氧化物燃料电池，具有许多优点，例如重量和体积较小，并且由于对热冲击的高抵抗性而能够快速启动。然而，尽管这些电池中的管要轻得多，但是用于用热废气对进入的阴极空气进行预加热的当前同流换热器相对较重并且导致整个产品的便携性较差。典型的管状SOFC系统包括平面同流换热器和管状SOFC堆。本专利技术人已经认识到，这使得该系统不太可用于需要便携性的应用中，因为除了同流换热器的相对高的重量使得整个系统的便携性较低之外，整体形状也难以处理。本专利技术人也已经认识到，当固体氧化物燃料电池堆通过增加更多的管而尺寸增加时，必须完全重新设计同流换热器，这是低效的。因此，本专利技术人已经认识到，具有固体氧化物燃料电池单元的新设计将是有利的。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术提供了一种固体氧化物燃料电池单元，包括：管状固体氧化物燃料电池堆，其包括一个或多个固体氧化物燃料电池管，每个燃料电池管具有被配置成接收燃料气体的第一端和被配置成排放废气的第二端，所述管状固体氧化物燃料电池堆具有细长轴，以及同流换热器，其包括细长本体，所述细长本体从第一端延伸到第二端，通路贯穿其中，所述细长本体具有细长轴并且具有从第一端到第二端尺寸和形状基本上一致的外横截面，其中，所述通路提供(a)从所述细长本体的所述第一端延伸的联接部分，所述管状固体氧化物燃料电池堆可以容纳在所述联接部分内，以便将所述同流换热器与所述管状固体氧化物燃料电池堆联接，其中，燃料电池管的第二端位于所述联接部分内，(b)从细长本体的第二端延伸的废气通道，在使用中，来自燃料电池管的第二端的废气可流动通过该废气通道并且可在第二端处排出同流换热器，其中，管状固体氧化物燃料电池堆的长度的50％或更多可被容纳在同流换热器的联接部分内，其中，当所述管状固体氧化物燃料电池堆被容纳在所述同流换热器的所述联接部分内时，所述管状固体氧化物燃料电池堆的所述细长轴与所述同流换热器的所述细长轴对准，以使得可以形成可堆叠固体氧化物燃料电池单元，在该可堆叠固体氧化物燃料电池单元中，同流换热器与管状固体氧化物燃料电池堆联接。在管状固体氧化物燃料电池堆内，当存在多于一个固体氧化物燃料电池管时，这些固体氧化物燃料电池管优选地纵向对准。换言之，每个燃料电池管具有细长轴，并且燃料电池管的这些细长轴对准。因此，这种燃料电池管的堆叠体具有从燃料电池管的第一端到燃料电池管的第二端尺寸和形状基本一致的外横截面。当形成可堆叠固体氧化物燃料电池单元时，在该可堆叠固体氧化物燃料电池单元中同流换热器与管状固体氧化物燃料电池堆联接，管状固体氧化物燃料电池堆的长度的50％或更多被容纳在同流换热器的联接部分内。该同流换热器具有从其第一端到其第二端尺寸和形状基本一致的横截面。因此，产品的这部分的尺寸和形状被制作为可堆叠的。因此，联接的产品可以容易地与另一个这样的联接的产品堆叠。特别地，两个或更多个这样的联接的产品可以以纵向对准的方式堆叠。此外，如上所述，燃料电池管的堆叠体优选地具有从燃料电池管的第一端到燃料电池管的第二端尺寸和形状基本上一致的外横截面。这进一步有助于产品的可堆叠性。然而，实现可堆叠单元的关键特征在于，同流换热器具有从其第一端到其第二端尺寸和形状基本一致的横截面，并且在于，管状固体氧化物燃料电池堆被容纳在同流换热器的联接部分内。因此，自身就其外部形状而言，并且相对于管状固体氧化物燃料电池堆的尺寸使得该堆可以容纳在同流换热器内，同流换热器的几何形状在技术上与本专利技术相关。在第二方面，本专利技术提供一种可堆叠固体氧化物燃料电池单元，包括：管状固体氧化物燃料电池堆，其包括一个或多个固体氧化物燃料电池管，每个燃料电池管具有被配置成接收燃料气体的第一端和被配置成排放废气的第二端，所述管状固体氧化物燃料电池堆具有细长轴，以及同流换热器，其包括细长本体，所述细长本体从第一端延伸到第二端，通路贯穿其中，所述细长本体具有细长轴并且具有从第一端到第二端尺寸和形状基本上一致的外横截面，其中，所述通路提供(a)从所述细长本体的所述第一端延伸的联接部分，所述管状固体氧化物燃料电池堆容纳在所述联接部分内，以使得所述同流换热器与所述管状固体氧化物燃料电池堆联接，其中，燃料电池管的第二端位于所述联接部分内，(b)从细长本体的第二端延伸的废气通道，在使用中，来自燃料电池管的第二端的废气可流动通过该废气通道并且可在第二端处排出同流换热器，其中，管状固体氧化物燃料电池堆的长度的50％或更多可被容纳在同流换热器的联接部分内，并且其中，所述管状固体氧化物燃料电池堆的所述细长轴与所述同流换热器的所述细长轴对准。将意识到，当同流换热器与管状固体氧化物燃料电池堆联接时，第二方面的可堆叠固体氧化物燃料电池单元可以被认为等同于第一方面的固体氧化物燃料电池单元。在管状固体氧化物燃料电池堆内，当存在多于一个固体氧化物燃料电池管时，这些固体氧化物燃料电池管优选地纵向对准。换言之，每个燃料电池管具有细长轴，并且燃料电池管的这些细长轴对准。因此，这种燃料电池管的堆叠体具有从燃料电池管的第一端到燃料电池管的第二端尺寸和形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体氧化物燃料电池单元，包括：管状固体氧化物燃料电池堆，所述管状固体氧化物燃料电池堆包括一个或多个固体氧化物燃料电池管，每个燃料电池管具有被配置成接收燃料气体的第一端和被配置成排放废气的第二端，所述管状固体氧化物燃料电池堆具有细长轴，以及同流换热器，所述同流换热器包括细长本体，所述细长本体从第一端延伸到第二端，具有贯穿其中的通路，所述细长本体具有细长轴并且具有从所述第一端到所述第二端尺寸和形状基本上一致的外横截面，其中，所述通路提供(a)从所述细长本体的第一端延伸的联接部分，所述管状固体氧化物燃料电池堆能够容纳在所述联接部分内，以便将所述同流换热器与所述管状固体氧化物燃料电池堆联接，其中，所述燃料电池管的第二端位于所述联接部分内，以及(b)从所述细长本体的第二端延伸的废气通道，在使用中，来自所述燃料电池管的第二端的废气流动通过所述废气通道并且在所述第二端处排出所述同流换热器，其中，所述管状固体氧化物燃料电池堆的长度的50％或更多能够被容纳在所述同流换热器的所述联接部分内，其中，当所述管状固体氧化物燃料电池堆被容纳在所述同流换热器的所述联接部分内时，所述管状固体氧化物燃料电池堆的细长轴与所述同流换热器的细长轴对准，使得能够形成可堆叠固体氧化物燃料电池单元，在所述可堆叠固体氧化物燃料电池单元中，所述同流换热器与所述管状固体氧化物燃料电池堆联接。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.01 GB 1509444.41.一种固体氧化物燃料电池单元，包括：管状固体氧化物燃料电池堆，所述管状固体氧化物燃料电池堆包括一个或多个固体氧化物燃料电池管，每个燃料电池管具有被配置成接收燃料气体的第一端和被配置成排放废气的第二端，所述管状固体氧化物燃料电池堆具有细长轴，以及同流换热器，所述同流换热器包括细长本体，所述细长本体从第一端延伸到第二端，具有贯穿其中的通路，所述细长本体具有细长轴并且具有从所述第一端到所述第二端尺寸和形状基本上一致的外横截面，其中，所述通路提供(a)从所述细长本体的第一端延伸的联接部分，所述管状固体氧化物燃料电池堆能够容纳在所述联接部分内，以便将所述同流换热器与所述管状固体氧化物燃料电池堆联接，其中，所述燃料电池管的第二端位于所述联接部分内，以及(b)从所述细长本体的第二端延伸的废气通道，在使用中，来自所述燃料电池管的第二端的废气流动通过所述废气通道并且在所述第二端处排出所述同流换热器，其中，所述管状固体氧化物燃料电池堆的长度的50％或更多能够被容纳在所述同流换热器的所述联接部分内，其中，当所述管状固体氧化物燃料电池堆被容纳在所述同流换热器的所述联接部分内时，所述管状固体氧化物燃料电池堆的细长轴与所述同流换热器的细长轴对准，使得能够形成可堆叠固体氧化物燃料电池单元，在所述可堆叠固体氧化物燃料电池单元中，所述同流换热器与所述管状固体氧化物燃料电池堆联接。2.一种可堆叠固体氧化物燃料电池单元，包括：管状固体氧化物燃料电池堆，所述管状固体氧化物燃料电池堆包括一个或多个固体氧化物燃料电池管，每个燃料电池管具有被配置成接收燃料气体的第一端和被配置成排放废气的第二端，所述管状固体氧化物燃料电池堆具有细长轴，以及同流换热器，所述同流换热器包括细长本体，所述细长本体从第一端延伸到第二端，具有贯穿其中的通路，所述细长本体具有细长轴并且具有从所述第一端到所述第二端尺寸和形状基本上一致的外横截面，其中，所述通路提供(a)从所述细长本体的第一端延伸的联接部分，所述管状固体氧化物燃料电池堆容纳在所述联接部分内，以使得所述同流换热器与所述管状固体氧化物燃料电池堆联接，所述燃料电池管的第二端位于所述联接部分内，以及(b)从所述细长本体的第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·肯德尔，
申请(专利权)人：阿德兰有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB