CN110212215A - 一种固体氧化物燃料电池的气路结构及其调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种固体氧化物燃料电池的气路结构及其调整方法，固体氧化物燃料电池包括由若干片电池片通过串联并联组合而成，并作为一个发电单元的电池堆，每片电池片上均设置有输送反应所需气体的气槽；气路结构包括腔体、多孔挡板、进气歧管和出气歧管，腔体密封围住电池堆，并且腔体起到保温效果，进气歧管连接在腔体的一侧，所述出气歧管连接在腔体的另一侧；多孔挡板设置在腔体内，并靠近进气歧管。本申请中多孔挡板简单而巧妙地改变电池堆腔体内的压力场，从而改变气流的分布，达到使得气流均匀流经各电池片气槽的目的，为各片电池片提供充足的燃料气体和空气。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池发电技术领域，具体地讲，涉及一种固体氧化物燃料电池的气路结构及其调整方法。
背景技术
固体氧化物燃料电池系统是一种高效清洁的电化学发电装置，因其清洁、高效、无噪音等优点，受到人们的关注，尤其是近年来分布式能源站迅速发展，使得固体氧化物燃料电池有了更广阔的应用空间。然而，目前工艺下生产的固体氧化物燃料电池片的一致性还不够高，各片电池片的气槽的流阻不一致，有可能出现部分电池片流量过小，甚至成为死角，没有气体通过的现象。在多次运行及冷热循环后，可能这个问题会更严重，还可能发生杂质沉积堵塞的情况，使得电池堆中部分电池片无法正常发电，由于电池片采取串联并联的形式，电池片的短板效应非常明显，并由此带来电池堆整体性能的退化，表现为发电功率逐渐下降，启动时间增加。
授权公告号为CN101908637，授权公告日为2012.07.25的中国专利：具有双气路通道的无密封固体氧化物燃料电池组，采用在通气管上开设若干个通气口，若干个通气口与若干个电池片的阳极或阴极一一对应，解决了电池组中单个电池所处气氛不均的问题，但是单个电池与电池之间需通过采用连接片来保证之间的距离，增加了电池组的体积，不适用于大型电池组。
综上所述，目前还没有一种合理、经济、高效的固体氧化物燃料电池的气路结构来解决固体氧化物燃料电池片气路不均匀及带来的电池堆性能退化的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种结构设计合理、简单的固体氧化物燃料电池气路结构，并给出该气路的调整方法，经济、高效的解决了固体氧化物燃料电池片气路不均匀及带来的电池堆性能退化的问题。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种固体氧化物燃料电池的气路结构，所述固体氧化物燃料电池包括由若干片电池片通过串联并联组合而成，并作为一个发电单元的电池堆，每片电池片上均设置有输送反应所需气体的气槽；其特征在于：所述气路结构包括腔体、多孔挡板、进气歧管和出气歧管，所述腔体密封围住电池堆，并且腔体起到保温效果，所述进气歧管连接在腔体的一侧，所述出气歧管连接在腔体的另一侧；所述多孔挡板设置在腔体内，并靠近进气歧管。
优选的，本发明所述多孔挡板通过插槽设置在腔体内，插槽设置在腔体的内底部，插槽的设计可方便更换多孔挡板，便于日后拆出更换。多孔挡板与电池片的间距应根据挡板上的开孔情况而调整，使得不同开孔带来对气体压力场分布的影响适中。
本发明中，在气泵作用下，燃料气体和空气经各自的歧管进入电池堆，并沿着电池片的气槽穿过，电池堆与腔体之间做好密封，确保气体不从四周直接穿过。与常规固体氧化物燃料电池不同的是，气体从进气歧管进入腔体，由于有增设的多孔挡板，使得进入腔体的气流压力场重新分布，从而实现对电池堆温度场的重新排布分布，挡板开孔的情况根据对电池堆的测试而确定。
为解决上述技术问题，本发明还提供另一技术方案：一种固体氧化物燃料电池的气路结构的调整方法，该调整方法用于确定多孔挡板的开孔模式，对气路进行调整测试采用的测试设备包括测试装备腔体、测试装备侧面多孔板、测试装备进气歧管、测试装备出气歧管、测试装备歧管进气阀门、测试装备红外相机和测试装备控制系统。所述测试装备腔体连接在电池堆的出气一侧，所述测试装备侧面多孔板连接在电池堆的进气一侧，测试装备侧面多孔板与多孔挡板尺寸相同，测试装备侧面多孔板上的每个孔均连接一个测试装备进气歧管，每个测试装备进气歧管上均安装测试装备歧管进气阀门；所述测试装备出气歧管与测试装备腔体连接，所述测试装备红外相机和测试装备控制系统通信连接，测试装备红外相机置于测试装备腔体一侧。
调整方法为：初次测试，将每个测试装备进气歧管上安装的测试装备歧管进气阀门保持全开；将测试装备进气歧管与外部供气设备相连进行供气，通入有一定温度的气体，外部供气设备的进气温度、流量、压力由测试装备控制系统控制；测试装备红外相机将电池堆出气一侧的温度分布发送至测试装备控制系统，根据温度分布情况，调整各测试装备歧管进气阀门的开闭，原则上电池堆温度较高区域对应的孔关闭阀门，停止进气，通过多次调整，使电池堆的温度场均匀，记录下测试装备侧面多孔板上各孔进气情况，形成最佳的开孔模式；根据测试所确定的开孔模式制作与之对应的多孔挡板，应用于燃料电池气路结构。
本发明中可在电池堆里多设置测点，粗略获取电池堆里温度分布，及时察觉电池堆的情况，以便于判断是否拆出更换多孔挡板。在系统运行一段时间，如发现电池堆出现功率明显衰减，加热速度变慢等情况，可拆出进行测试，如发现温度差异很大，可确定开孔模式后，更换多孔挡板，使得气流更均匀地分布在各电池片上。另外，腔体出气端也可设置这样的多孔挡板，进一步优化气流分布。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、针对目前固体氧化物燃料电池片气路不均匀的情况，本发明提出了一种固体氧化物燃料电池的气路结构及其调整方法，合理简单地解决电池片气路不均匀及带来的电池堆性能退化的问题；
2、通过在进气歧管前方增设多孔挡板的方法，简单而巧妙地改变电池堆腔体内的压力场，从而改变气流的分布，达到使得气流均匀流经各电池片气槽的目的，为各片电池片提供充足的燃料气体和空气；
3、电池堆具备了充分放电所必要的气体物质条件后，每片电池片的放电参数更为一致，减少了因各片电池片放电参数差异带来的串联并联的损耗，从而大大提高了固体氧化物燃料电池实际的输出功率；
4、本发明提高了电池运行可靠性，从而大大提高了固体氧化物燃料电池的经济性和市场竞争力，有利于大规模商业化推广运行。
附图说明
图1是本发明实施例中固体氧化物燃料电池的气路结构示意图。
图2是本发明实施例中电池堆测试设备的结构示意图
图中：1—电池片；2—电池堆 ；3—腔体 ；4—多孔挡板 ；5—进气歧管 ；6—出气歧管；7—插槽 ； C3—测试装备腔体 ；C4—测试装备侧面多孔板 ；C5—测试装备进气歧管 ；C6—测试装备出气歧管 ；C8—测试装备歧管进气阀门 ；C9—测试装备红外相机 ；C10—测试装备控制系统 。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1和图2。
本实施例为一种固体氧化物燃料电池的气路结构，其应用在固体氧化物燃料电池系统中，常规的固体氧化物燃料电池系统必备的组成部分主要有电池堆区、启动燃烧器、阳极尾气氧化器、重整器、以及天然气管道、空气管道、水管、烟气管道等，具体可参考现有技术。
本实施例中，固体氧化物燃料电池包括由若干片电池片1通过串联并联组合而成，并作为一个发电单元的电池堆2，每片电池片1上均设置有输送反应所需燃料气体和空气的气槽。固体氧化物燃料电池的气路结构包括腔体3、多孔挡板4、进气歧管5和出气歧管6，腔体3密封围住电池堆2，并且腔体3起到保温效果，进气歧管5连接在腔体3的一侧，出气歧管6连接在腔体3的另一侧。多孔挡板4设置在腔体3内，并靠近进气歧管5。
在气泵作用下，燃料气体和空气经各自的歧管进入电池堆2，并沿着电池片1的气槽穿过，电池堆2与腔体3之间做好密封，确保气体不从四周直接穿过。与常规固体氧化物燃料电池不同的是，气体从进气歧管5进入腔体3，由于有增设的多孔挡板4，使得进入腔体3的气流压力场重新分布，从而实现对电池堆温度场的重新排布分布，挡板开孔的情况根据对电池堆的测试而确定。
本实施例中，多孔挡板4通过插槽7设置在腔体3内，插槽7设置在腔体3的内底部，插槽7的设计可方便更换多孔挡板4，便于日后拆出更换。多孔挡板4与电池片1的间距应根据挡板上的开孔情况而调整，使得不同开孔带来对气体压力场分布的影响适中。
本实施例中，还提供另一技术方案：一种固体氧化物燃料电池的气路结构的调整方法，该调整方法用于确定多孔挡板4的开孔模式，对气路进行调整测试采用的测试设备包括测试装备腔体C3、测试装备侧面多孔板C4、测试装备进气歧管C5、测试装备出气歧管C6、测试装备歧管进气阀门C8、测试装备红外相机C9和测试装备控制系统C10。测试装备腔体C3连接在电池堆2的出气一侧，测试装备侧面多孔板C4连接在电池堆2的进气一侧，测试装备侧面多孔板C4与多孔挡板4尺寸相同，测试装备侧面多孔板C4上的每个孔均连接一个测试装备进气歧管C5，每个测试装备进气歧管C5上均安装测试装备歧管进气阀门C8；测试装备出气歧管C6与测试装备腔体C3连接，测试装备红外相机C9和测试装备控制系统C10通信连接，测试装备红外相机C9置于测试装备腔体C3一侧。
调整方法为：初次测试，将每个测试装备进气歧管C5上安装的测试装备歧管进气阀门C8保持全开；然后将测试装备进气歧管C5与外部供气设备相连进行供气，通入有一定温度的气体，外部供气设备的进气温度、流量、压力由测试装备控制系统C10控制，具体控制原理可参考现有技术；随后，测试装备红外相机C9将电池堆2出气一侧的温度分布发送至测试装备控制系统C10，根据温度分布情况，调整各测试装备歧管进气阀门C8的开闭，原则上电池堆温度较高区域对应的孔关闭阀门，停止进气，通过多次调整，使电池堆2的温度场均匀，记录下测试装备侧面多孔板C4上各孔进气情况，形成最佳的开孔模式；根据测试所确定的开孔模式制作与之对应的多孔挡板4，应用于燃料电池气路结构。至于测试装备红外相机C9如何检测温度分布情况，可参考现有技术。
本实施例中可在电池堆2里多设置测点，粗略获取电池堆里温度分布，及时察觉电池堆的情况，以便于判断是否拆出更换多孔挡板。在系统运行一段时间，如发现电池堆出现功率明显衰减，加热速度变慢等情况，可拆出进行测试，如发现温度差异很大，可确定开孔模式后，更换多孔挡板，使得气流更均匀地分布在各电池片上。另外，腔体出气端也可设置这样的多孔挡板，进一步优化气流分布。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种固体氧化物燃料电池的气路结构，所述固体氧化物燃料电池包括由若干片电池片（1）通过串联并联组合而成，并作为一个发电单元的电池堆（2），每片电池片（1）上均设置有输送反应所需气体的气槽；其特征在于：所述气路结构包括腔体（3）、多孔挡板（4）、进气歧管（5）和出气歧管（6），所述腔体（3）密封围住电池堆（2），所述进气歧管（5）连接在腔体（3）的一侧，所述出气歧管（6）连接在腔体（3）的另一侧；所述多孔挡板（4）设置在腔体（3）内，并靠近进气歧管（5）。
2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池的气路结构，其特征在于：所述多孔挡板（4）通过插槽（7）设置在腔体（3）内，插槽（7）设置在腔体（3）的内底部。
3.一种如权利要求1和2任一权利要求所述的固体氧化物燃料电池的气路结构的调整方法，该调整方法用于确定多孔挡板（4）的开孔模式，其特征在于：对气路进行调整测试采用的测试设备包括测试装备腔体（C3）、测试装备侧面多孔板（C4）、测试装备进气歧管（C5）、测试装备出气歧管（C6）、测试装备歧管进气阀门（C8）、测试装备红外相机（C9）和测试装备控制系统（C10）；所述测试装备腔体（C3）连接在电池堆（2）的出气一侧，所述测试装备侧面多孔板（C4）连接在电池堆（2）的进气一侧，测试装备侧面多孔板（C4）与多孔挡板（4）尺寸相同，测试装备侧面多孔板（C4）上的每个孔均连接一个测试装备进气歧管（C5），每个测试装备进气歧管（C5）上均安装测试装备歧管进气阀门（C8）；所述测试装备出气歧管（C6）与测试装备腔体（C3）连接，所述测试装备红外相机（C9）和测试装备控制系统（C10）通信连接，测试装备红外相机（C9）置于测试装备腔体（C3）一侧；
调整方法为：初次测试，将每个测试装备进气歧管（C5）上安装的测试装备歧管进气阀门（C8）保持全开；将测试装备进气歧管（C5）与外部供气设备相连进行供气，通入有一定温度的气体，外部供气设备的进气温度、流量、压力由测试装备控制系统（C10）控制；测试装备红外相机（C9）将电池堆（2）出气一侧的温度分布发送至测试装备控制系统（C10），根据温度分布情况，调整各测试装备歧管进气阀门（C8）的开闭，通过多次调整，使电池堆（2）的温度场均匀，记录下测试装备侧面多孔板（C4）上各孔进气情况，形成最佳的开孔模式；根据测试所确定的开孔模式制作与之对应的多孔挡板（4），应用于燃料电池气路结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |