一种交叉流管箱式固体氧化物燃料电池电堆制造技术

本实用新型专利技术公开了一种交叉流管箱式固体氧化物燃料电池电堆，包括箱体，所述箱体内设置有若干个竖向安装且呈矩阵排列的管式固体氧化物燃料电池单元，所述管式固体氧化物燃料电池单元包括从内至外的多孔阳极支撑管、阳极反应层、电解质层及阴极反应层；所述多孔阳极支撑管的中心空腔形成沿竖向的阳极气体通道，且所述阳极气体通道的顶部与箱体顶部的燃料槽相连通；所述阴极反应层与箱体之间形成沿横向的阴极气体通道，且所述箱体的左侧壁与右侧壁分别设置有阴极气体进气口及阴极气体出气口。本实用新型专利技术的电池电堆的阳极、阴极采用交叉流方式通入燃料和空气，有利于增加反应接触时间，增大反应速率，从而提升发电效率。从而提升发电效率。从而提升发电效率。

【技术实现步骤摘要】
一种交叉流管箱式固体氧化物燃料电池电堆


[0001]本技术涉及燃料电池
，具体涉及一种交叉流管箱式固体氧化物燃料电池电堆。

技术介绍

[0002]固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)属于第三代燃料电池，是一种能将化学能直接转化为电能的装置，主要由阴极、阳极、电解质和连接体四个组件串联在一起构成一个额定发电量的电堆。
[0003]SOFC具有如下优点：较高的功率密度，相同体积/重量下具有更大的能量输出；无噪音，SOFC工作时只发生化学反应，无机械运动结构，且主要排放物为水实现零污染；可模块化，可以将若干个单电池以串联、并联等组装成电池组以适应不同场景应用需求；可用燃料种类多且易获取，可直接使用氢气、烃类、甲醇等作为燃料，而不必使用贵金属作催化剂；全固态结构，无污染物泄漏风险。上述优点使其在供能领域具有广阔的应用前景。目前，SOFC主要为平板式、管式、锥管式、瓦楞式、蜂巢式等结构，其中管式结构的SOFC密封性好，应用较广泛，但传统的管式结构通常采用单向流道使气流并不能完全覆盖SOFC的阴极反应层，参与反应的气体体积低，导致燃料利用率低，从而导致发电效率低，制约了SOFC的发展。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本技术提供了一种交叉流管箱式固体氧化物燃料电池电堆，其阳极、阴极采用交叉流方式通入燃料和空气，有利于增加反应接触时间，增大反应速率，从而提升发电效率。
[0005]本技术采用的技术方案为：
[0006]一种交叉流管箱式固体氧化物燃料电池电堆，包括箱体，所述箱体内设置有若干个竖向安装的管式固体氧化物燃料电池单元，每个所述管式固体氧化物燃料电池单元均包括从内至外的多孔阳极支撑管、阳极反应层、电解质层及阴极反应层；
[0007]所述多孔阳极支撑管的中心空腔形成沿竖向的阳极气体通道，且所述阳极气体通道的顶部与箱体顶部的燃料槽相连通；
[0008]所述阴极反应层与箱体之间形成沿横向的阴极气体通道，且所述箱体的左侧壁与右侧壁分别设置有阴极气体进气口及阴极气体出气口。
[0009]进一步地，所述箱体内设置有1～5层隔板，所述隔板上设置有若干个孔洞，所述管式固体氧化物燃料电池单元插入隔板的孔洞内，且管式固体氧化物燃料电池单元与隔板的孔洞之间设置有间隙。
[0010]进一步地，所述阴极反应层与箱体及隔板之间形成若干层阴极气体通道，且每层阴极气体通道的左右两端均设置有阴极气体进气口及阴极气体出气口。
[0011]进一步地，所述阴极气体进气口为朝向箱体内侧逐渐扩张的锥形管状，所述阴极气体出气口为朝向箱体外侧逐渐缩小的锥形管状。
[0012]进一步地，所述管式固体氧化物燃料电池单元的底部设置有排气孔。
[0013]进一步地，所述箱体包括顶板、中壳及底板，所述顶板、底板分别固定设置于中壳的顶部及底部，且顶板、底板与中壳之间密封连接，所述箱体的顶板、中壳及底板采用绝热材料制成或采用绝热材料包覆；
[0014]所述中壳的高度为固体氧化物燃料电池电堆发电功率的1/2；
[0015]所述中壳的宽度与中壳的高度相等；
[0016]所述中壳的长度为中壳宽度的2倍；
[0017]所述中壳的厚度为25～50mm，所述顶板和底板的厚度为25～50mm。
[0018]进一步地，所述隔板的厚度为15～30mm。
[0019]进一步地，所述多孔阳极支撑管采用透气耐热材料制成，所述多孔阳极支撑管的长度与中壳高度相等，所述多孔阳极支撑管的内径为20～80mm，管壁厚度为2～5mm。
[0020]上述技术方案中多孔阳极支撑管的内径根据电堆额定发电功率确定，具体地，对于千瓦级电堆，设置多孔阳极支撑管的内径为20～30mm；对于百千瓦级电堆，设置多孔阳极支撑管的内径为30～60mm；对于兆瓦级电堆，设置多孔阳极支撑管的内径为60～80mm。
[0021]进一步地，若干个管式固体氧化物燃料电池单元呈矩阵排列形成管式固体氧化物燃料电池单元矩阵，且管式固体氧化物燃料电池单元矩阵位于箱体中间位置；所述管式固体氧化物燃料电池单元矩阵的纵向长度与横向宽度的比值为1～1.5:1，所述管式固体氧化物燃料电池单元矩阵的纵向长度与阴极气体通道长度的比值为1.5～2:3，所述管式固体氧化物燃料电池单元矩阵的横向宽度与阴极气体通道宽度的比值为3～4:5。本技术的有益效果为：
[0022](1)本技术所提供的一种交叉流管箱式固体氧化物燃料电池电堆，其阳极气体通道与阴极气体通道垂直，使得阳极、阴极采用交叉流方式通入燃料和空气，有利于增加阳极、阴极的反应接触时间，增大反应速率，从而提升发电效率；
[0023](2)本技术所提供的一种交叉流管箱式固体氧化物燃料电池电堆，其阴极气体通道的进气口为朝向箱体内侧逐渐扩张的锥形管状，出气口为朝向箱体外侧逐渐缩小的锥形管状，且阴极气体为横向扩散流，有利用从阴极气体进气口进入的气体在反应前逐步预热，避免了冷热冲击，防止形成过大温度差对电池温度均匀性和寿命产生影响，且还避免了电池内部短路，提高了电池的可靠性；
[0024](3)本技术所提供的一种交叉流管箱式固体氧化物燃料电池电堆，各层阴极气体通道之间通过管式固体氧化物燃料电池单元与隔板的孔洞之间的间隙相连通，使阴极气体能够通过间隙在各层阴极气体通道之间流通，有利用各层阴极气体通道之间的气体分配平衡及温度平衡。
附图说明
[0025]为了清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本技术的交叉流管箱式固体氧化物燃料电池电堆的整体结构示意图；
[0027]图2为本技术的交叉流管箱式固体氧化物燃料电池电堆的内部结构示意图；
[0028]图3为本技术的交叉流管箱式固体氧化物燃料电池电堆的剖视图；
[0029]图4为管式固体氧化物燃料电池单元的剖视图。
[0030]图中标注：1.箱体；101.顶板；102.中壳；103.底板；2.隔板；3.管式固体氧化物燃料电池单元；301.多孔阳极支撑管；302.阳极反应层；303.电解质层；304.阴极反应层；4.阳极气体通道；5.燃料槽；6.阴极气体通道；601.阴极气体进气口；602.阴极气体出气口；7.排水底座；701.排气孔。
具体实施方式
[0031]本技术提供了一种交叉流管箱式固体氧化物燃料电池电堆，为使本技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0032]下面结合附图对本技术进行详细说明。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交叉流管箱式固体氧化物燃料电池电堆，其特征在于，包括箱体，所述箱体内设置有若干个竖向安装的管式固体氧化物燃料电池单元，每个所述管式固体氧化物燃料电池单元均包括从内至外的多孔阳极支撑管、阳极反应层、电解质层及阴极反应层；所述多孔阳极支撑管的中心空腔形成沿竖向的阳极气体通道，且所述阳极气体通道的顶部与箱体顶部的燃料槽相连通；所述阴极反应层与箱体之间形成沿横向的阴极气体通道，且所述箱体的左侧壁与右侧壁分别设置有阴极气体进气口及阴极气体出气口。2.根据权利要求1所述的一种交叉流管箱式固体氧化物燃料电池电堆，其特征在于，所述箱体内设置有1～5层隔板，所述隔板上设置有若干个孔洞，所述管式固体氧化物燃料电池单元插入隔板的孔洞内，且管式固体氧化物燃料电池单元与隔板的孔洞之间设置有间隙。3.根据权利要求2所述的一种交叉流管箱式固体氧化物燃料电池电堆，其特征在于，所述阴极反应层与箱体及隔板之间形成若干层阴极气体通道，且每层阴极气体通道的左右两端均设置有阴极气体进气口及阴极气体出气口。4.根据权利要求3所述的一种交叉流管箱式固体氧化物燃料电池电堆，其特征在于，所述阴极气体进气口为朝向箱体内侧逐渐扩张的锥形管状，所述阴极气体出气口为朝向箱体外侧逐渐缩小的锥形管状。5.根据权利要求1所述的一种交叉流管箱式固体氧化物燃料电池电堆，其特征在于，所述管式固体氧化物燃料电池单元的底部设置有排气孔。6.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘笑宇，罗云，张伊漩，丁鸿望，侯学聪，张文发，蒋文春，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：新型
国别省市：