CN113745619A - 一种燃料电池进气结构及熔融碳酸盐燃料电池 - Google Patents

一种燃料电池进气结构及熔融碳酸盐燃料电池 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种燃料电池进气结构及熔融碳酸盐燃料电池，属于发电技术领域，燃料电池进气结构包括：包括若干组进气组件；所述进气组件具有多组分级管路；每组所述分级管路之间通过均布管连通设置；每组所述分级管路内具有并排设置的若干根进气管；相邻两组所述分级管路的进气管数量逐渐递增；本发明的燃料电池进气结构，通过多个进气管将气体分散，使得气体能够均匀的进入到电池堆内部的主通道内，保证了电池堆内的气体均匀分布，提高燃料电池堆内部的反应均衡及性能。

Description

一种燃料电池进气结构及熔融碳酸盐燃料电池
技术领域
本发明涉及发电技术领域，具体涉及一种燃料电池进气结构及熔融碳酸盐燃料电池。
背景技术
熔融碳酸盐燃料电池是一种工作于650℃的高温燃料电池，具有不需要贵金属作催化剂、燃料来源广、噪音低、污染物基本达到近零排放、发电效率高、可实现热电联供等优点，适合于百千瓦级至兆瓦级分布式电站或固定电站，具有良好的发展前景。
熔融碳酸盐燃料电池堆的基本单元由阴极端板、电解质、阴极、阳极、阳极端板构成，燃料电池堆工作状态产生的电能一般由阴极流场和阳极流场内通入的燃料和氧化剂在电池内部通过电化学反应产生。只有给阳极和阴极流场内源源不断地通入燃料和氧化剂，才有持续不断的电流产生。
在现有技术中，对于在燃料电池内部的气体主通道和流场内部如何设计方面做了改进，在这些改进中，都是假设气体是均匀进入到主管道的；但是，对于熔融碳酸盐燃料电池，单电池的面积比较大，进而主通道会比较长，如果气体沿主通道的一点进入，会使得整个主通道内的气体分布不均匀，就会直接导致电池堆内各个流道气体分布不均匀，气体分布不均匀会使电池堆内部温度分布不均匀，从而产生高温应力和变形，直接影响电池性能和寿命。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的气体沿主通道的一点进入，会使得整个主通道内的气体分布不均匀，就会直接导致电池堆内各个流道气体分布不均匀，气体分布不均匀会使电池堆内部温度分布不均匀，从而产生高温应力和变形，直接影响电池性能和寿命的缺陷，从而提供一种燃料电池进气结构。
本发明还提供一种熔融碳酸盐燃料电池。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种燃料电池进气结构，包括若干组进气组件；
所述进气组件具有多组分级管路；每组所述分级管路之间通过均布管连通设置；每组所述分级管路内具有并排设置的若干根进气管；相邻两组所述分级管路的进气管数量逐渐递增。
作为优选方案，所述进气组件之间通过主均布管与进气口连通设置。
作为优选方案，所述分级管路包括：
第一级进气管，一端与主均布管连通；
第二级进气管，具有若干根；所述第二级进气管的一端通过第一均布管与第一级进气管连通设置；所述第二级进气管的数量多于所述第一级进气管的数量；
第三级进气管，具有多根；所述第三级进气管的一端通过第二均布管与第二级进气管连通设置，另一端与电池堆内部的主通道连通；所述第三级进气管的数量多于第二级进气管的数量。
作为优选方案，多根所述进气管沿所述均布管均匀间隔设置。
作为优选方案，还包括：
折流板，设置在靠近电池堆的所述均布管内；所述折流板沿所述均布管的延伸方向设置；所述折流板具有挡板用于挡设在进气管的出口处。
作为优选方案，所述折流板包括：
挡板，挡设在所述进气管的出口处；
侧板，具有两块；两块所述侧板设置在所述挡板的两侧；所述侧板上开设有多个排气孔。
作为优选方案，所述挡板设置在所述均布管的中心位置；所述侧板的一端与所述挡板连接，另一端与所述均布管的内壁连接。
作为优选方案，两块所述侧板相互靠近的一面与所述挡板呈钝角设置。
本发明还提供一种熔融碳酸盐燃料电池，包括：电池堆端板；在所述电池堆的端板上开设有主通道；所述主通道与上述中任选一项所述的燃料电池进气结构的进气管连通设置。
作为优选方案，在所述电池堆的端板上开设有多根流道；所述流道与所述主通道垂直连通设置。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的燃料电池进气结构，包括若干组进气组件；所述进气组件具有若干组分级管路；每组所述分级管路具有若干根进气管；通过分级设置分级管路，在每一级中气体进入多个进气管中，通过多个进气管将气体分散，使得气体能够均匀的进入到电池堆内部的主通道内，保证了电池堆内的气体均匀分布，提高燃料电池堆内部的反应均衡及性能。
2.本发明提供的燃料电池进气结构，所述分级管路包括：第一进气管、第二进气管和第三进气管；电池阴极或阳极供气主管路的气体通过进气口进入主均布管，由主均布管均匀分布到第一进气管内，第一进气管内的气体再经过第一均布管均匀分布到第二进气管内，第二进气管内的气体再经过第二均布管均匀分散到第三进气管内，多个第三进气管将气体均匀输送到电池堆内部的主通道内，最终达到供气主管路到电池堆内部的气体的均匀进气分布。
3.本发明提供的燃料电池进气结构，还包括：折流板；所述折流板的挡板挡设在进气管的出口处，气体垂直于挡板流入后受到阻挡向左向右扩散，折流后通过侧板的出气口均匀分布到折流板的后部，且通过多个出气孔的设置可以使得气体更加分散，均匀流入到下一级的进气管内。
4.本发明提供的燃料电池进气结构，所述挡板和所述侧板呈钝角设置；增大折流板和均布管之间的空间，使得气体分散更加均匀。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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发明的一些实施方式，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。
图1为本发明的熔融碳酸盐燃料电池的结构示意图。
图2为本发明的进气组件的立体结构示意图。
图3为本发明折流板的立体结构示意图。
图4为本发明的折流板和均布管的安装结构示意图。
附图标记说明：
1、第一级进气管；2、第一均布管；3、第二级进气管；4、第二均布管；5、第三级进气管；6、进气口；7、挡板；8、侧板；9、排气孔；10、端板；11、主通道；12、流道；13、主均布管。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供的一种燃料电池进气结构，包括若干组进气组件；具体进气组件的数量根据熔融碳酸盐燃料电池的单电池的面积所决定。所述进气组件具有多组分级管路，每组所述分级管路之间通过均布管连通设置，每组所述分级管路内具有并排设置的若干根进气管；且多组分级管路之间的进气管的数量逐级递增。
通过设置数量逐渐递增的进气管，使得气体依次分散到每个进气管中，最终，通过并排设置的多个进气管，使得气体由每个进气管均匀进入到电池堆内的主通道11内。
如图1所示，在本方案中，一个电池堆上对应设置有两组进气组件，两组进气组件并排设置；两组所述进气组件通过主均布管13与进气口6连通设置；
一般情况下，进气组件具有3级，将进气结构分成若干组进气组件，每组进气组件中的进气管能够向其周围的2-3个进气管均匀；在设置过程中，一般情况下，最后一组进气管的设置尽量少于10个；
如图2所示，所述进气组件包括第一级进气管1、第二级进气管3和第三级进气管5；所述第一级进气管1的一端通过主均布管13与进气口6连通设置，另一端通过第一均布管2与与第二级进气管3连通设置；所述第一级进气管1具有一根，与所述第一均布管2的中间位置垂直设置，且内部呈连通设置，能够保证气体均匀进入到第二级进气管3中；
第二级进气管3具有两根，两根所述第二级进气管3设置在所述第一均布管2的两端；所述第二级进气管3的另一端通过第二均布管4与第三级进气管5连通设置，且两根所述第二级进气管3将第二均布管4均匀分成三段；两根所述第二进气管与第一均布管2和第二均布管4均垂直设置，能够保证气体均匀进入到第三级进气管5中；
所述第三级进气管5具有七根，七根所述第三级进气管5沿所述第二均布管4均匀设置，且与第二均布管4垂直设置。
通过上述结构，逐级的将气体均匀分流，可以均匀的将气体输送到每个电池的阳极或阴极流场流道12，保证气体再电池堆内的均匀分布。
进一步的，在第二均布管4内设置有折流板；所述折流板沿所述第二均布管4的延伸方向延伸设置；如图3所示，所述折流板具有挡板7，挡板7设置在第二均布管4的中心位置，挡设在第二级进气管3的出气口的前端，所述挡板7与进气管垂直设置，实现挡板7与来流气体方向垂直；所述挡板7的两侧设置有侧板8；所述侧板8的一端与挡板7连接，另一端与所述第二均布管4的内壁抵接；所述侧板8与所述挡板7呈钝角设置；在两块侧板8上设置有多个排气孔9；
具体的，如图4所示，所述挡板7为不锈钢板，所述侧板8为冲孔板，折流板是由不锈钢板和冲孔板焊接而成的；所述挡板7的宽度与所述第二均布管4的半径大小相同，所述侧板8的宽度为所述第二均布管4的半径的一半；所述排气孔9的孔径为2-4mm，孔距为4-6mm,所述挡板7和所述侧板8呈120°焊接在一起，然后整体焊接在所述第二均布管4的管壁上，所述折流板的长度与所述第二均布管4的长度相同。
在使用过程中，气体垂直挡板7流入后，受到阻挡向左右扩散，向上向下折流后顺着侧板8上的排气孔9均匀分布到第二均布管4的后部，均匀流入到第三级进气管5，再由第三级进气管5均匀流入到电池堆内部的主通道11中，由电池堆内部的主通道11均匀流入到端板10的气体的流道12内，达到气体的均匀分布。
实施例2
本实施例提供的一种熔融碳酸盐燃料电池，包括：端板10；在端板10上开设有主通道11，所述主通道11与实施例1中的燃料电池进气结构连通设置；具体的，所述主通道11与第三级进气管5连通设置；
在端板10上开设有多根流道12，气体沿所述流道12流通；所述流道12与所述主通道11垂直连通设置。
使用方法及原理
熔融碳酸盐燃料电池的阴极或阳极供气主管路的气体通过进气口6进入到主均布管13，通过均布管进入到每组近期组件的第一级进气管1，在通过第一均布管2将气体均匀分布到第二级进气管3中，再进入到第二均布管4内，同时，通过第二均布管4内的挡板7和侧板8通过对气体的阻挡、折流将气体均匀的分配到第三级进气管5中，第三级进气管5将气体均匀的输送到电池堆内部的主通道11内，最终达到主进气管到电池堆内个流道12中的气体的均匀进气分布，保证了电池堆内的气体均匀分布，提高了燃料电池堆内部的反应均衡及性能。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种燃料电池进气结构，其特征在于，包括若干组进气组件；
所述进气组件具有多组分级管路；每组所述分级管路之间通过均布管连通设置；每组所述分级管路内具有并排设置的若干根进气管；相邻两组所述分级管路的进气管数量逐渐递增。
2.根据权利要求1所述的燃料电池进气结构，其特征在于，所述进气组件之间通过主均布管(13)与进气口(6)连通设置。
3.根据权利要求2所述的燃料电池进气结构，其特征在于，所述分级管路包括：
第一级进气管(1)，一端与主均布管(13)连通；
第二级进气管(3)，具有若干根；所述第二级进气管(3)的一端通过第一均布管(2)与第一级进气管(1)连通设置；所述第二级进气管(3)的数量多于所述第一级进气管(1)的数量；
第三级进气管(5)，具有多根；所述第三级进气管(5)的一端通过第二均布管(4)与第二级进气管(3)连通设置，另一端与电池堆内部的主通道(11)连通；所述第三级进气管(5)的数量多于第二级进气管(3)的数量。
4.根据权利要求1所述的燃料电池进气结构，其特征在于，多根所述进气管沿所述均布管均匀间隔设置。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的燃料电池进气结构，其特征在于，还包括：
折流板，设置在靠近电池堆的所述均布管内；所述折流板沿所述均布管的延伸方向设置；所述折流板具有挡板(7)用于挡设在进气管的出口处。
6.根据权利要求5所述的燃料电池进气结构，其特征在于，所述折流板包括：
挡板(7)，挡设在所述进气管的出口处；
侧板(8)，具有两块；两块所述侧板(8)设置在所述挡板(7)的两侧；所述侧板(8)上开设有多个排气孔(9)。
7.根据权利要求6所述的燃料电池进气结构，其特征在于，所述挡板(7)设置在所述均布管的中心位置；所述侧板(8)的一端与所述挡板(7)连接，另一端与所述均布管的内壁连接。
8.根据权利要求7所述的燃料电池进气结构，其特征在于，两块所述侧板(8)相互靠近的一面与所述挡板(7)呈钝角设置。
9.一种熔融碳酸盐燃料电池，其特征在于，包括：电池堆端板(10)；在所述电池堆的端板(10)上开设有主通道(11)；所述主通道(11)与权利要求1-8中任选一项所述的燃料电池进气结构的进气管连通设置。
10.根据权利要求9所述的熔融碳酸盐燃料电池，其特征在于，在所述电池堆的端板(10)上开设有多根流道(12)；所述流道(12)与所述主通道(11)垂直连通设置。
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