CN112615022B - Sofc发电模块集成阳极的布气底座 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种SOFC发电模块集成阳极的布气底座，包括：用于安放电池堆的基板，基板上开设有多个中转进气口和多个中转出气口；单面开口的布气盒，布气盒的开口扣盖在基板上以使布气盒与基板形成进气腔，进气腔通过中转进气口与电池堆的阳极进气口连通；单面开口的集气盒，集气盒的开口扣盖在基板上并封罩住布气盒，集气盒与基板和布气盒形成集气腔，集气腔通过中转出气口与电池堆的废气出气口连通。本发明提供的SOFC发电模块集成阳极的布气底座，通过扣盖在基板上的集气盒与布气盒形成集气腔收集电池反应后产生的废气，并利用废气中的热量加热输送到布气盒与基板之间形成的进气腔中的燃料气，节省了电池的应用成本，减少了能源浪费。

Description

SOFC发电模块集成阳极的布气底座
技术领域
本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域，具体地涉及一种SOFC发电模块集成阳极的布气底座。
背景技术
SOFC(Solid Oxide Fuel Cell，固体氧化物燃料电池)是一种在中高温下直将化学能转化成电能的发电装置。在目前的固体氧化物燃料电池的使用中，在电池阳极一侧持续通入燃料气，例如：H2、CH4、合成气等，在电池阴极一侧持续通入氧气或空气，其中，CH4、合成气在通入电池阳极之前通常是将CH4、合成气经压缩机压缩后进入混合器中与蒸汽发生器中产生的过热蒸汽发生反应以生成H2，之后将生成的H2经加热器提升温度后通入电池阳极，空气在进入阴极之前经压缩器压缩进入预热加热器加热，之后通入电池阴极，通入电池阴阳极的气体在电池内发生电化学反应，在现有的固体氧化物燃料电池结构中，电池发生电化学反应后产生的阳极废气中的热量往往得不到有效利用，造成能源浪费。由于固体氧化物燃料电池发电时阳极供气压力波动对发电系统运行稳定性影响较大，所以对进入固体氧化物燃料电池的阳极的气体压力的缓冲性能就有着较高要求。
因此，亟需一种装置，既能为多个电池堆提供结构支撑，并能均匀向电池堆中的多个燃料电池组分布燃料气，提升发电系统运行压力的稳定性，同时能够将SOFC电池发生电化学反应后尾气中的废热能够有效的利用到SOFC电池的应用中。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种SOFC发电模块集成阳极的布气底座，用于解决现有技术中的固体氧化物燃料电池模块结构不能同时为燃料电池提供结构支撑、均匀分布气体，同时也不能将固体氧化物燃料电池发生电化学反应后产生的废气中的热量应用到固体氧化物燃料电池的发电中的问题，本发明提供的布气底座能够有效利用固体氧化物燃料电池发电中产生的废气中的热量，并提升送入固体氧化物燃料电池的阳极的燃料气的气体稳定性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种SOFC发电模块集成阳极的布气底座，所述布气底座包括：
用于安放电池堆的基板，所述基板上开设有多个中转进气口和多个中转出气口；
单面开口的布气盒，所述布气盒的开口扣盖在所述基板上以使所述布气盒与所述基板形成进气腔，所述进气腔通过所述中转进气口与所述电池堆的阳极进气口连通；以及
单面开口的集气盒，所述集气盒的开口扣盖在所述基板上并封罩住所述布气盒，所述集气盒与所述基板和所述布气盒形成集气腔，所述集气腔通过所述中转出气口与所述电池堆的废气出气口连通。
具体地，所述基板上还开设有安装孔，SOFC发电模块的辅助部件通过所述安装孔安装在所述基板上。
具体地，所述基板上设置有多个用于安放所述电池堆的安放槽，所述中转进气口和所述中转出气口开设在所述安放槽的槽底。
具体地，多个所述安放槽沿所述安装孔的周向均布。
具体地，在所述布气盒上设置有从所述集气腔延伸出的与所述进气腔连通的进气通道。
具体地，所述布气盒包括气盒主体和与所述气盒主体连通的多个分气室，每一所述中转进气口与对应的分气室连通。
具体地，所述气盒主体为圆柱状结构，具有盒体外边板、盒体内边板以及盒体底板，所述盒体底板与所述盒体外边板和所述盒体内边板形成圆环状气槽，多个所述分气室沿所述盒体外边板的周向均布并与所述圆环状气槽连通，所述布气盒的开口扣盖在所述基板上的情况下所述盒体内边板与所述安装孔同轴心。
具体地，所述集气盒底部开设有通孔，沿所述通孔的孔沿在所述集气盒底部凸起设置有圆柱状的集气盒内边板，在所述集气盒的开口端扣盖在所述基板上的情况下所述集气盒内边板与所述安装孔同轴心。
具体地，在所述集气盒的外侧壁上开设有与所述进气通道形状匹配的通道安装槽，所述进气通道卡嵌在所述通道安装槽内。
具体地，所述集气盒底部开设的通孔的直径大于所述安装孔的直径。
通过上述技术方案，本发明通过布气底座上集气盒与基板、布气盒形成的设置的集气腔收集电池反应后产生的废气，并利用废气中的热量加热布气盒与基板之间形成的进气腔中的燃料气，节省了电池的应用成本，减少了能源浪费。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是本发明提供的SOFC发电模块集成阳极的布气底座的爆炸视图；
图2是本发明提供的SOFC发电模块集成阳极的布气底座与电池堆的安装示意图；
图3是本发明提供的SOFC发电模块集成阳极的布气底座与电池堆的不同角度的安装示意图；
图4是本发明提供的SOFC发电模块集成阳极的布气底座的主视图；
图5是图4的A-A向剖视图；
图6是本发明提供的SOFC发电模块集成阳极的布气底座的内部示意图；
图7是本发明提供的SOFC发电模块集成阳极的布气底座中布气盒的结构示意图；以及
图8是本发明提供的另一种SOFC发电模块集成阳极的布气底座的爆炸示意图。
附图标记说明
1 基板 2 电池堆
3 布气盒 4 集气盒
5 燃气输送管道 6 出气管道
11 中转进气口 12 中转出气口
13 安放槽 14 安装孔
21 阳极进气口 22 废气出气口
31 进气腔 32 进气通道
33 气盒主体 34 分气室
41 集气腔 42 集气盒内边板
43 安装槽 310 盒体外边板
311 盒体内边板 312 盒体底板
313 圆环状气槽
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
图1是本发明提供的SOFC发电模块集成阳极的布气底座的爆炸视图，如图1所示，该布气底座包括：用于安放电池堆2的基板1，所述基板1上开设有多个中转进气口11和多个中转出气口12；单面开口的布气盒3，所述布气盒3的开口扣盖在所述基板1上以使所述布气盒3与所述基板1形成进气腔31，所述进气腔31通过所述中转进气口11与所述电池堆2的阳极进气口21连通；以及单面开口的集气盒4，所述集气盒4的开口扣盖在所述基板1上并封罩住所述布气盒3，所述集气盒4与所述基板1和所述布气盒3形成集气腔41，所述集气腔41通过所述中转出气口12与所述电池堆2的废气出气口22连通。
本发明提供的SOFC发电模块集成阳极的布气底座，如图1、图5和图6所示，布气盒3的开口端扣盖在基板1上，与基板1之间形成进气腔31，进气腔31与基板1上开设的中转进气口11连通，这样进气腔31内的燃料气能够经中转进气口11进入电池堆2的阳极进气口21，集气盒4的开口端扣盖在基板1上，如图5和图6所示，集气盒4包覆布气盒3并与基板1和布气盒3之间形成集气腔41，中转出气口12与电池堆2的废气出气口22连通，在电池堆2内发生电化学反应后产生的废气经电池堆2的废气出气口22、中转出气口12排入集气腔41，进入集气腔41的废气能够加热进气腔31内的燃料气，之后集气腔41内的废气从与集气腔41连通的出气管道6排出，本发明提供的布气底座，通过集气腔41包覆进气腔31的结构设置方式，使得电池堆2电化学反应后产生的废气中的热量能够得到有效利用，不仅节省了电池堆2的应用成本，同时还减少了能源浪费，该布气底座的结构布设方式，结构简单、方便集成。
布气盒3和集气盒4与基板1之间形成具有较大空间的进气腔31和集气腔41，空间较大的进气腔31和集气腔41给燃料气或废气提供了充足的流动空间，可以使进入进气腔31和集气腔41内的气体起到明显的压力缓冲作用，尤其是能够较大程度提升SOFC发电模块运行过程中燃料气进入阳极进气口21的压力稳定性。
为了便于SOFC发电模块中其它辅助部件的集成安装，如图3-图6所示，具体地，所述基板1上还开设有安装孔14，SOFC发电模块的辅助部件(未示出)通过所述安装孔14安装在所述基板1上。辅助部件可以是集成换热器、燃烧器等部件，通过安装孔14方便SOFC发电模块中的集成换热器、燃烧器等部件集成安装在布气底座上。
在一个实施例中，为了电池堆2能够稳定的安放在基板1上，如图1-图3所示，具体地，所述基板1上设置有多个用于安放所述电池堆2的安放槽13，所述中转进气口11和所述中转出气口12开设在所述安放槽13的槽底，多个安放槽13围绕安装孔14周向均布。由多块电池组成的电池堆2嵌入安放在安放槽13内，安放槽13的形状与电池堆2的廓形相匹配，这样能够避免电池堆2在基板1上滑动，将中转进气口11和中转出气口12开设在安放槽13的槽底，方便中转进气口11和中转出气口12分别与阳极进气口21和废气出气口22对应连通，利于密封，降低燃料气或废气的泄漏风险。
如图1和图7所示，为了便于燃气输送管道5与进气腔31的安装与维修，具体地，在所述布气盒3的上设置有从所述集气腔41延伸出的与所述进气腔31连通的进气通道32。进气通道32与布气盒3一体成型，集气盒4扣盖在基板1上后形成集气腔41，布气盒3与基板1形成的进气腔31位于集气腔41内，在燃气输送管道5向进气腔31内输送燃料气时燃气输送管道5势必会先伸入到集气腔41内，这样如果在燃气输送管道5与进气腔31的连接处出现故障发生燃料气泄漏的情况下不便于维修，因此，设置进气通道32伸出集气腔41，便于在出现故障的情况下进行维修。
在一个实施例中，如图7所示，所述布气盒3包括气盒主体33和与所述气盒主体33连通的多个分气室34，每一所述中转进气口11与对应的分气室34连通，所述气盒主体33为圆柱状结构，具有盒体外边板310、盒体内边板311以及盒体底板312，所述盒体底板312与所述盒体外边板310和所述盒体内边板311形成圆环状气槽313，多个所述分气室34沿所述盒体外边板310的周向均布并与所述圆环状气槽313连通，圆环状气槽313空间充足，能够保证通过中转进气口11进入各个电池堆2的阳极进气口21的燃料气均匀分布，所述布气盒3的开口扣盖在所述基板1上的情况下所述盒体内边板311与所述安装孔14同轴心，在所述集气盒4底部开设有通孔，沿所述通孔的孔沿在所述集气盒4底部凸起设置有圆柱状的集气盒内边板42，在所述集气盒4的开口端扣盖在所述基板1上的情况下所述集气盒内边板42与所述安装孔14同轴心，在集气盒4扣盖在基板1上的情况下，集气盒4的四周侧板和集气盒内边板42与基板1接触形成稳定的支撑结构以支撑安放在基板1上电池堆2。在基板1上开设安装孔14以安装SOFC发电模块中的其它辅助部件，例如通过安装孔14安装集成换热器，为了避免在安装集成换热器时与布气盒3和集气盒4发生干涉，布气盒3的盒体外边板310、盒体内边板311以及盒体底板312围成的圆环状沉槽结构，这样在布气盒3的中心位置处形成过孔，而在集气盒4的底部开设通孔，布气盒3中心位置处形成的过孔的孔径大于集气盒4底部的通孔的孔径，集气盒4底部的通孔的直径大于安装孔14的直径，这样在安装孔14内安装SOFC发电模块的集成换热器或燃烧器等辅助部件时不但能够避免与布气盒3和集气盒4发生干涉，同时还便于工作人员将SOFC发电模块的辅助部件集成在布气底座上。
在另一个实施例中，如图8所示，安放槽13沿安装孔14的圆周方向均布，每一安放槽13的槽底对应设置中转进气口11和中转出气口12，每一安放槽13内用于放置一组电池堆2，每一中转进气口11与对应的电池堆2的阳极进气口21连通，每一中转出气孔12与对应的电池堆2的废气出气口22连通，布气盒3设置成圆环状沉槽结构，结构简洁便于生产制造，可形成等压区域使得燃料气在圆环状沉槽内稳定流动，保证燃料气依次经圆环状沉槽、中转进气口11后最终进入电池堆2的阳极进气口21的燃料气流量均匀稳定，在布气盒3扣盖在基板1上时与基板1形成进气腔31，沿布气盒3的外壁上设置进气通道32，集气盒4扣盖在基板1上时与布气盒3和基板1形成集气腔41，进气腔31位于集气腔41内，进气通道32伸出集气腔41，每一中转进气口11与进气腔31连通，每一中转出气口12与集气腔41连通，这样从中转出气口12排出的废气中的热量能够加热从进气通道32进入进气腔31中的燃料气，从而提高废气的利用率，减少了能源浪费。
为了方便进气通道32伸出集气腔41，在所述集气盒4的外侧壁上开设有与所述进气通道32形状匹配的通道安装槽43，所述进气通道32卡嵌在所述通道安装槽43内。
本发明提供的SOFC发电模块集成阳极的布气底座，通过扣盖在基板上的集气盒与布气盒形成集气腔收集电池反应后产生的废气，并利用废气中的热量加热输送到布气盒与基板之间形成的进气腔中的燃料气，节省了电池的应用成本，减少了能源浪费。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (7)

1.一种SOFC发电模块集成阳极的布气底座，其特征在于，所述布气底座包括：
用于安放电池堆(2)的基板(1)，所述基板(1)上开设有多个中转进气口(11)和多个中转出气口(12)，所述基板(1)上还开设有安装孔(14)，SOFC发电模块的辅助部件通过所述安装孔(14)安装在所述基板(1)上；
单面开口的布气盒(3)，所述布气盒(3)的开口扣盖在所述基板(1)上以使所述布气盒(3)与所述基板(1)形成进气腔(31)，所述进气腔(31)通过所述中转进气口(11)与所述电池堆(2)的阳极进气口(21)连通，所述布气盒(3)包括气盒主体(33)和与所述气盒主体(33)连通的多个分气室(34)，每一所述中转进气口(11)与对应的分气室(34)连通，所述气盒主体(33)为圆柱状结构，具有盒体外边板(310)、盒体内边板(311)以及盒体底板(312)，所述盒体底板(312)与所述盒体外边板(310)和所述盒体内边板(311)形成圆环状气槽(313)，多个所述分气室(34)沿所述盒体外边板(310)的周向均布并与所述圆环状气槽(313)连通，所述布气盒(3)的开口扣盖在所述基板(1)上的情况下所述盒体内边板(311)与所述安装孔(14)同轴心；以及
单面开口的集气盒(4)，所述集气盒(4)的开口扣盖在所述基板(1)上并封罩住所述布气盒(3)，所述集气盒(4)与所述基板(1)和所述布气盒(3)形成集气腔(41)，所述集气腔(41)通过所述中转出气口(12)与所述电池堆(2)的废气出气口(22)连通。
2.根据权利要求1所述的布气底座，其特征在于，所述基板(1)上设置有多个用于安放所述电池堆(2)的安放槽(13)，所述中转进气口(11)和所述中转出气口(12)开设在所述安放槽(13)的槽底。
3.根据权利要求2所述的布气底座，其特征在于，多个所述安放槽(13)沿所述安装孔(14)的周向均布。
4.根据权利要求3所述的布气底座，其特征在于，在所述布气盒(3)上设置有从所述集气腔(41)延伸出的与所述进气腔(31)连通的进气通道(32)。
5.根据权利要求4所述的布气底座，其特征在于，所述集气盒(4)底部开设有通孔，沿所述通孔的孔沿在所述集气盒(4)底部凸起设置有圆柱状的集气盒内边板(42)，在所述集气盒(4)的开口端扣盖在所述基板(1)上的情况下所述集气盒内边板(42)与所述安装孔(14)同轴心。
6.根据权利要求5所述的布气底座，其特征在于，在所述集气盒(4)的外侧壁上开设有与所述进气通道(32)形状匹配的通道安装槽(43)，所述进气通道(32)卡嵌在所述通道安装槽(43)内。
7.根据权利要求5所述的布气底座，其特征在于，所述集气盒(4)底部开设的通孔的直径大于所述安装孔(14)的直径。
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