CN100350665C - 具有外总管筒体结构的熔融碳酸盐燃料电池组 - Google Patents

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Abstract

一种具有外总管筒体结构的熔融碳酸盐燃料电池组，属于能源技术领域。本发明中，上盖板置于融碳酸盐燃料电池组之上并与碳酸盐电解质密封件接触连接，下盖板置于融碳酸盐燃料电池组之下并与碳酸盐电解质密封件接触连接；熔融碳酸盐燃料电池组、上盖板和下盖板置于两片半圆形外总管筒体正中，通过总管密封件和盖板密封件与两片半圆形外总管筒体预紧连接，并构成阳极进气总管、阴极排气总管、阳极排气总管和阴极进气总管；两片半圆形外总管筒体通过预紧弹簧、螺杆、筒体密封件和螺帽预紧连接。本发明使熔融碳酸盐燃料电池组的加工和安装便捷省材，同时提高熔融碳酸盐燃料电池组运行时的气密性和安全可靠性。

Description

具有外总管筒体结构的熔融碳酸盐燃料电池组
技术领域
本发明涉及一种能源技术领域的燃料电池，具体的说，涉及的是一种具有外总管筒体结构的熔融碳酸盐燃料电池组。
背景技术
燃料电池是把燃料的化学能直接转化为电能的装置，无须经过燃烧和机械传动，不受卡诺循环的限制，具有无污染、低噪声、能量转换效率高的特点。熔融碳酸盐燃料电池可采用除氢气以外的其他燃料气体，比如生物质气或其他可再生能源作为燃料，不用贵金属作为催化剂，可作为分布式电源和小型电站使用。气体总管是反应气体和尾气进出燃料电池组的通道，首先，氧化剂和燃料气通过阴极进气总管和阳极进气总管后被分配到各个单电池的阴极和阳极侧；其次，经由电化学反应后的剩余氧化剂和燃料气进一步通过阴极排气总管和阳极排气总管被排出。目前反应气体和尾气通常经由内总管进出燃料电池组。所谓内总管是指阴极进气总管、阳极进气总管、阴极排气总管和阳极排气总管与燃料电池双极板上的气道被加工在同一片板材上，因此内总管会造成双极板的加工工作量增大，加工时间缓慢；同时，为了在双极板上机加工出气体总管(如切削或冲压)，势必造成大量材料被浪费。
经对现有技术的文献检索发现，美国专利公开号为6887611，该专利描述了一种柔性外总管结构，由于阴极进气总管、阳极进气总管、阴极排气总管、阳极排气总管和双极板分离，双极板上只加工气道，而气体总管则单独加工，成型后的阴极进气总管、阳极进气总管、阴极排气总管和阳极排气总管被分别安装在燃料电池组四个侧面的相应位置，因此，该发明克服了内总管加工时材料浪费的缺点。然而，该发明的不足之处是：首先，尽管柔性外总管能在一定程度上适应燃料电池组运行时高度方向上的伸缩，但是，柔性外总管的这种分段波纹结构，大大增加了总管选材、加工和安装的难度；其次，每根总管在与燃料电池组连接时，在其高度方向上都有两条密封件，然而由于熔融碳酸盐燃料电池组的工作温度为650℃，因此在高温运行时，增加密封件的个数势必大大增加每根柔性外总管向外界漏气的可能性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种具有外总管筒体结构的熔融碳酸盐燃料电池组，从而使总管结构简单、加工和安装便捷，同时燃料电池组运行时气密性好、安全可靠。
本发明是通过如下技术方案实现的，本发明包括：外总管筒体、熔融碳酸盐燃料电池组、上盖板和下盖板，连接关系为：上盖板置于熔融碳酸盐燃料电池组之上并与熔融碳酸盐燃料电池组的碳酸盐电解质密封件接触连接，下盖板置于熔融碳酸盐燃料电池组之下并与熔融碳酸盐燃料电池组的碳酸盐电解质密封件接触连接；熔融碳酸盐燃料电池组、上盖板和下盖板置于两片半圆形外总管筒体正中，通过总管密封件和盖板密封件与两片半圆形外总管筒体预紧连接，并构成阳极进气总管、阴极排气总管、阳极排气总管和阴极进气总管；两片半圆形外总管筒体通过预紧弹簧、螺杆、筒体密封件和螺帽预紧连接。
所述熔融碳酸盐燃料电池组，包括：碳酸盐电解质密封件，阳极单极板，阴极单极板，双极板和单电池。一侧碳酸盐电解质密封件置于阳极单极板之上，另一侧碳酸盐电解质密封件置于阴极单极板之下，阳极单极板置于单电池之上，阴极单极板置于单电池之下，双极板夹于单电池之间。
所述双极板，在其两侧分别设有气道。
所述阳极单极板，在其面向单电池的一侧设有气道。
所述阴极单极板，在其面向单电池的一侧设有气道。
所述双极板，依据熔融碳酸盐燃料电池组的功率为10W～1MW，其具体数量为1～1000片。
所述单电池，依据熔融碳酸盐燃料电池组的功率为10W～1MW，其具体数量为2～1001片。
所述下盖板，在其上分别焊接阳极进气配管、阴极排气配管、阳极排气配管和阴极进气配管。
本发明工作时，阴极气体经由阴极进气配管进入阴极进气总管后，被分配至双极板和阴极单极板上的气道内；阳极气体经由阳极进气配管进入阳极进气总管后，被分配至双极板和阳极单极板上的气道内；进一步，阴极气体和阳极气体在单电池的两侧分别发生电化学反应，从而使熔融碳酸盐燃料电池组发电，熔融碳酸盐燃料电池组的总电压是各单电池的电压之和；反应后的阴极尾气经由阴极排气总管进入阴极排气配管后排出，阳极尾气经由阳极排气总管进入阳极排气配管后排出。
本发明的有益效果是：首先，与现有的内总管结构相比，外总管筒体结构可节省材料30％以上并节约加工工时50％以上；其次，与柔性外总管结构相比，外总管筒体结构简单，因此加工工时和装配工时均可节约30％以上；最后，当熔融碳酸盐燃料电池组采用外总管筒体结构后，由于其高度方向上密封件的数量减少为采用柔性外总管结构时的密封件数量的一半，因此，该熔融碳酸盐燃料电池组的运行可靠性和寿命均较之采用柔性外总管结构的熔融碳酸盐燃料电池组增加50％以上。
附图说明
图1为本发明俯视剖面结构示意图
图2为图1所示B-O-B剖面结构示意图
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明包括：外总管筒体2、熔融碳酸盐燃料电池组19、上盖板16和下盖板21，连接关系为：上盖板16置于熔融碳酸盐燃料电池组19之上并与熔融碳酸盐燃料电池组19的碳酸盐电解质密封件17接触连接，下盖板21置于熔融碳酸盐燃料电池组19之下并与熔融碳酸盐燃料电池组19的碳酸盐电解质密封件17接触连接；熔融碳酸盐燃料电池组19、上盖板16和下盖板21置于两片半圆形外总管筒体2正中，通过总管密封件4和盖板密封件15与两片半圆形外总管筒体2预紧连接，并构成阳极进气总管3、阴极排气总管6、阳极排气总管11和阴极进气总管14；两片半圆形外总管筒体2通过预紧弹簧7、螺杆8、筒体密封件9和螺帽10预紧连接。
所述熔融碳酸盐燃料电池组19，包括：双极板5、碳酸盐电解质密封件17，阳极单极板18，单电池22、阴极单极板23。一侧碳酸盐电解质密封件17置于阳极单极板18之上，另一侧碳酸盐电解质密封件17置于阴极单极板23之下，阳极单极板18置于单电池22之上，阴极单极板23置于单电池22之下，双极板5夹于单电池22之间。
所述总管密封件4，其具体材料可以是石墨、石棉、陶瓷、玻璃等。
所述盖板密封件15，其具体材料可以是石墨、石棉、陶瓷、玻璃等。
所述筒体密封件9，其具体材料可以是石棉、高温橡胶等。
所述双极板5，在其两侧分别设有气道。
所述阳极单极板18，在其面向单电池22的一侧设有气道。
所述阴极单极板23，在其面向单电池22的一侧设有气道。
所述双极板5，其具体数量为1～1000片。
所述单电池22，其具体数量为2～1001片。
所述下盖板21，在其上分别焊接阳极进气配管1、阴极排气配管24、阳极排气配管12和阴极进气配管20。
本发明工作时，阴极气体经由阴极进气配管20进入阴极进气总管14后，被分配至双极板5和阴极单极板23上的气道内；阳极气体经由阳极进气配管1进入阳极进气总管3后，被分配至双极板5和阳极单极板18上的气道内；进一步，阴极气体和阳极气体在单电池22的两侧分别发生电化学反应，从而使熔融碳酸盐燃料电池组19发电，熔融碳酸盐燃料电池组19的总电压是各单电池22的电压之和；反应后的阴极尾气经由阴极排气总管6进入阴极排气配管24后排出，阳极尾气经由阳极排气总管11进入阳极排气配管12后排出。
上盖板16和下盖板21通过预紧力保持熔融碳酸盐燃料电池组19内部的单电池22和双极板5、单电池22和阴极单极板23、单电池22和阳极单极板18之间具有良好的电接触。上盖板16和下盖板21通过碳酸盐电解质密封件17保持与熔融碳酸盐燃料电池组19之间的电绝缘，并防止阳极气体和阴极气体之间发生互窜。
两片半圆形外总管筒体2和熔融碳酸盐燃料电池组19之间通过总管密封件4的预紧力防止阳极进气总管3、阴极排气总管6、阳极排气总管11和阴极进气总管14内的气体之间发生互窜。
两片半圆形外总管筒体2与上盖板及16下盖板21之间通过盖板密封件15的预紧力防止阳极进气总管3、阴极排气总管6、阳极排气总管11和阴极进气总管14内的气体向外部泄漏。
两片半圆形外总管筒体2通过预紧弹簧7、螺杆8、筒体密封件9和螺帽10预紧连接防止阴极气体向外部泄漏。

Claims (8)

1.一种具有外总管筒体结构的熔融碳酸盐燃料电池组，包括：外总管筒体(2)、熔融碳酸盐燃料电池组(19)、上盖板(16)和下盖板(21)，其特征在于：上盖板(16)置于熔融碳酸盐燃料电池组(19)之上并与熔融碳酸盐燃料电池组(19)的碳酸盐电解质密封件(17)接触连接，下盖板(21)置于熔融碳酸盐燃料电池组(19)之下并与熔融碳酸盐燃料电池组(19)的碳酸盐电解质密封件(17)接触连接；熔融碳酸盐燃料电池组(19)、上盖板(16)和下盖板(21)置于两片半圆形外总管筒体(2)正中，通过总管密封件(4)和盖板密封件(15)与两片半圆形外总管筒体(2)预紧连接，并构成阳极进气总管(3)、阴极排气总管(6)、阳极排气总管(11)和阴极进气总管(14)；两片半圆形外总管筒体(2)通过预紧弹簧(7)、螺杆(8)、筒体密封件(9)和螺帽(10)预紧连接。
2.根据权利要求1所述的具有外总管筒体结构的熔融碳酸盐燃料电池组，其特征是，所述的熔融碳酸盐燃料电池组(19)，包括：双极板(5)、碳酸盐电解质密封件(17)、阳极单极板(18)、单电池(22)、阴极单极板(23)，一侧碳酸盐电解质密封件(17)置于阳极单极板(18)之上，另一侧碳酸盐电解质密封件(17)置于阴极单极板(23)之下，阳极单极板(18)置于单电池(22)之上，阴极单极板(23)置于单电池(22)之下，双极板(5)夹于单电池(22)之间。
3.根据权利要求2所述的具有外总管筒体结构的熔融碳酸盐燃料电池组，其特征是，所述的双极板(5)，在其两侧分别设有气道。
4.根据权利要求2所述的具有外总管筒体结构的熔融碳酸盐燃料电池组，其特征是，所述的阳极单极板(18)，在其面向单电池(22)的一侧设有气道。
5.根据权利要求2所述的具有外总管筒体结构的熔融碳酸盐燃料电池组，其特征是，所述的阴极单极板(23)，在其面向单电池(22)的一侧设有气道。
6.根据权利要求2或者3所述的具有外总管筒体结构的熔融碳酸盐燃料电池组，其特征是，所述的双极板(5)，其具体数量为1～1000片。
7.根据权利要求2或者4或者5所述的具有外总管筒体结构的熔融碳酸盐燃料电池组，其特征是，所述的单电池(22)，其具体数量为2～1001片。
8.根据权利要求1所述的具有外总管筒体结构的熔融碳酸盐燃料电池组，其特征是，所述的下盖板(21)，在其上分别焊接阳极进气配管(1)、阴极排气配管(24)、阳极排气配管(12)和阴极进气配管(20)。
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