一种管式固体氧化物燃料电池结构制造技术

本发明专利技术涉及燃料电池技术领域，具体为一种管式固体氧化物燃料电池结构，包括外壳、阴极反应层、电解质层和阳极反应层，所述外壳包括中壳筒、端盖和底盖，所述端盖和底盖分别固定于中壳筒的上下两端，所述阳极反应层的内部贴合有阳极支撑层，所述阳极支撑层为透气耐热材质制成，且所述阳极支撑层的表面光滑，所述阴极反应层的外表面包裹有阴极支撑层，所述阴极支撑层与阳极支撑层的材质相同，所述中壳筒的内部固定有支撑筒，所述支撑筒与中壳筒之间形成回热腔，所述支撑筒与阴极支撑层之间形成过气腔，所述阳极支撑层的底部与回热腔连通。本发明专利技术设有回热腔，无损解决入口过冷问题，提高同体积电堆发电量，同时增加管式电堆强度。同时增加管式电堆强度。同时增加管式电堆强度。

【技术实现步骤摘要】
一种管式固体氧化物燃料电池结构


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，具体为一种管式固体氧化物燃料电池结构。

技术介绍

[0002]固定氧化物燃料电池由称为第三代燃料电池，主要由阴极、阳极、电解质和连接体四个功能组件串联在一起构成一个额定发电量的电堆。
[0003]管式固体氧化物燃料电池通常采用一体式结构，以甲烷燃料为例，甲烷重整反应往往在入口段反应剧烈，伴随着吸收大量热量，而电池后半段水汽重整反应则释放热量，电池温度呈现出两端高，入口段温度较低的分布情况，即过冷效应。过冷效应会引起一个轴向的温度梯度，从而造成热应力，严重时会影响电池结构强度。
[0004]公开号为CN111224143A的中国专利技术专利公开了一种管式固体氧化物燃料电池结构，其沿轴向方向上分成若干层，每一层包含一个完整的管式燃料电池小单元，每个燃料电池小单元由外至内依次包括外壳体层、阳极电极、电解质层、阴极电极和螺旋导流肋片，阳极电极包括阳极电极支撑层和阳极反应层，阴极电极包括阴极反应层和阴极支撑层；外壳体与阳极电极支撑层之间间隔形成阳极气体通道，阴极支撑层内部轴心通道为阴极气体通道；每个燃料电池小单元各对应电极层厚度相同，沿轴向的宽度和组成电极的颗粒及其分布情况不同，各层颗粒直径大小沿轴向规律分布。该专利技术可有效增强电池传质特性，提高电池效率，还可以调节电池温度等轴向分布，控制燃料入口段过冷效应。
[0005]然而其解决过冷现象存在一个问题，其通过在沿轴向方向上分成若干层，每一层包含一个完整的管式燃料电池小单元，并将各层颗粒直径大小沿轴向规律分布，控制燃料入口段过冷效应，这样可以有效抑制入口段过冷效应，减小颗粒之间，意味着颗粒间的间隙变大，反应效率降低，从而减小热量的吸收，这也意味着入口处发电效率变低，需要靠后段弥补，对比常规可以分布，同体积下，发电量减小。
[0006]因此亟需设计一种管式固体氧化物燃料电池结构来解决上述问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种管式固体氧化物燃料电池结构，以解决上述
技术介绍
中提出的入口处发电效率变低，需要靠后段弥补，对比常规可以分布，同体积下，发电量减小的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种管式固体氧化物燃料电池结构，包括外壳、阴极反应层、电解质层和阳极反应层，所述阳极反应层呈圆筒形，且所述电解质层包裹在阳极反应层外侧，所述阴极反应层包裹在电解质层的外侧，所述阴极反应层设置于外壳的内部，所述外壳包括中壳筒、端盖和底盖，所述端盖和底盖分别固定于中壳筒的上下两端，所述阳极反应层的内部贴合有阳极支撑层，所述阳极支撑层为透气耐热材质制成，且所述阳极支撑层的表面光滑，所述阴极反应层的外表面包裹有阴极支撑层，所述阴极支撑层与阳极支撑层的材质相同，所述中壳筒的内部固定有支撑筒，所述支撑筒与中壳筒之
间形成回热腔，所述支撑筒与阴极支撑层之间形成过气腔，所述阳极支撑层的底部与回热腔连通。
[0009]优选的，所述端盖包括盖体，所述盖体与中壳筒固定连接，所述阴极支撑层和阳极支撑层的顶部皆与盖体的下表面固定连接，所述盖体的中心处固定有燃料添加槽，所述燃料添加槽与阳极支撑层连通，所述燃料添加槽的外侧均匀分布有进气槽，所述进气槽与过气腔连通。
[0010]优选的，所述底盖的上表面呈环形凸起，且环形凸起的右侧高于左侧，所述中壳筒的底部开设有排水孔，且所述排水孔位于底盖上表面最低处。
[0011]优选的，所述中壳筒的内壁上均匀分布有第一支撑环。
[0012]优选的，所述支撑筒包括固定筒和第二支撑环，所述第二支撑环拼接在固定筒的底部，所述第二支撑环的外表面均匀开设有排气孔，排气孔向上倾斜，所述固定筒的外表面均匀分布有导气筒，所述导气筒呈环形，且所述导气筒固定在固定筒上，所述第一支撑环的内壁呈波纹状，所述导气筒的结构与第一支撑环结构相同，且所述第一支撑环的内壁凸起处与导气筒的内壁凸起处相抵，所述第一支撑环与导气筒的内壁凹陷处形成过气孔。
[0013]优选的，所述第一支撑环呈螺旋状，且所述第一支撑环呈螺旋状，所述导气筒与第一支撑环配合。
[0014]优选的，所述盖体为空心结构，且所述盖体的内腔与回热腔连通。
[0015]优选的，所述排水孔的内腔截面呈横卧的“S”形状，所述盖体的外表面均匀分布有单向出气孔。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：该管式固体氧化物燃料电池结构设有回热腔，无损解决入口过冷问题，提高同体积电堆发电量，同时增加管式电堆强度。
[0017]（1）通过在中壳筒的内部固定有支撑筒，使中壳筒与支撑筒之间形成回热腔，并将回热腔与阳极支撑层底部连通，阳极反应层上反应产生的水、二氧化碳和废热通过阳极支撑层底部排放，水在底盖上聚集并通过排水孔排放，另一作用是隔绝了二氧化碳和废热，使热气通过回热腔上流，聚集到回热腔的顶部，为入口处提供充分的热量，解决入口处过冷的问题，同时无需稀释颗粒，从而提高同体积电堆发电量。
[0018]（2）通过在中壳筒的内壁上均匀固定有第一支撑环，在固定筒的外表面均匀固定有导气筒，第一支撑环与导气筒拼接可充当加强筋，能分担支撑筒内的应力，提高外壳与支撑筒之间的强度，同时，可以增加导热面积，提升过热效果。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的结构整体示意图；图2为本专利技术的结构局部剖视示意图；图3为本专利技术的结构正视剖视示意图；图4为本专利技术图3中A处结构放大示意图；图5为本专利技术图2中第一支撑环的结构局部俯视示意图。
[0020]图中：1、外壳；11、中壳筒；12、端盖；121、盖体；122、进气槽；123、燃料添加槽；13、底盖；14、排水孔；15、第一支撑环；2、支撑筒；21、固定筒；22、导气筒；23、第二支撑环；3、阴极支撑层；4、阴极反应层；5、电解质层；6、阳极反应层；7、阳极支撑层。
具体实施方式
[0021]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]实施例一：请参阅图1
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图5，本专利技术提供的一种管式固体氧化物燃料电池结构，包括外壳1、阴极反应层4、电解质层5和阳极反应层6，阳极反应层6呈圆筒形，且电解质层5包裹在阳极反应层6外侧，阴极反应层4包裹在电解质层5的外侧，阴极反应层4设置于外壳1的内部，外壳1包括中壳筒11、端盖12和底盖13，端盖12和底盖13分别固定于中壳筒11的上下两端，阳极反应层6的内部贴合有阳极支撑层7，阳极支撑层7为透气耐热材质制成，利于透气排热，且阳极支撑层7的表面光滑，利于排水，阴极反应层4的外表面包裹有阴极支撑层3，阴极支撑层3与阳极支撑层7的材质相同，阴极支撑层3和阳极支撑层7分别用于对阴极反应层4和阳极反应层6进行支撑，中壳筒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管式固体氧化物燃料电池结构，包括外壳（1）、阴极反应层（4）、电解质层（5）和阳极反应层（6），所述阳极反应层（6）呈圆筒形，且所述电解质层（5）包裹在阳极反应层（6）外侧，所述阴极反应层（4）包裹在电解质层（5）的外侧，所述阴极反应层（4）设置于外壳（1）的内部，其特征在于：所述外壳（1）包括中壳筒（11）、端盖（12）和底盖（13），所述端盖（12）和底盖（13）分别固定于中壳筒（11）的上下两端，所述阳极反应层（6）的内部贴合有阳极支撑层（7），所述阳极支撑层（7）为透气耐热材质制成，且所述阳极支撑层（7）的表面光滑，所述阴极反应层（4）的外表面包裹有阴极支撑层（3），所述阴极支撑层（3）与阳极支撑层（7）的材质相同，所述中壳筒（11）的内部固定有支撑筒（2），所述支撑筒（2）与中壳筒（11）之间形成回热腔，所述支撑筒（2）与阴极支撑层（3）之间形成过气腔，所述阳极支撑层（7）的底部与回热腔连通。2.根据权利要求1所述的一种管式固体氧化物燃料电池结构，其特征在于：所述端盖（12）包括盖体（121），所述盖体（121）与中壳筒（11）固定连接，所述阴极支撑层（3）和阳极支撑层（7）的顶部皆与盖体（121）的下表面固定连接，所述盖体（121）的中心处固定有燃料添加槽（123），所述燃料添加槽（123）与阳极支撑层（7）连通，所述燃料添加槽（123）的外侧均匀分布有进气槽（122），所述进气槽（122）与过气腔连通。3.根据权利要求2所述的一种管式固体氧化物燃料电池结构，其特征在于：所述底盖（13）的上表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱黎超，秦刚华，寿春暉，
申请(专利权)人：爱德曼氢能源装备有限公司，
类型：发明
国别省市：