CN114824351B - 固体型氧化物燃料电池单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种固体型氧化物燃料电池单元，其电池管一端为密封端，另一端为开口端，若干个所述电池管分别嵌入一电池管固定盘对应的第一通孔中，所述内壳体与位于内壳体顶部的电池管固定盘之间形成内腔；6个阴极进气管位于由外壳体、内壳体和电池管固定盘构成的外腔内，此阴极进气管的下端与位于内壳体下部的阴极内壳进气口连接，所述阴极进气管的上端与外壳体的阴极进气口连接，所述外壳体的阴极进气口的高度高于内壳体的阴极内壳进气口的高度；一点火管依次贯穿外壳体、内壳体与内腔连通。本发明既减少了高温工作部位密封结构数量，降低了漏气风险，且阳极进出气体反向流动，也有利于提高反应接触时间，发电效率高，增加了发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种固体型氧化物燃料电池单元。
背景技术
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，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。
SOFC具有高的功率密度，相同体积/重量下具有更大的能量输出；无噪音且零污染，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；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(甲烷)、甲醇等作燃料，而不必使用贵金属作催化剂；全固态结构，无污染物泄露风险。
专利公开号为CN 106887617 A和CN 106816618 A的专利分别公布了两种燃料电池，所用电池管均为两端开口型，使得高温工作部分所需密封多，而电池启动停止时需要升降温，密封处循环升降温易发生密封不良，电池整体的密封难度加大，且直通式的结构对尾气中能量回收不足，使得电池的热效率相对较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种固体型氧化物燃料电池单元，该固体型氧化物燃料电池单元各气流相互分离，无气流交叉，既减少了高温工作部位密封结构数量，降低了漏气风险，且阳极/阴极采用进出气流反向流动，既有利于提高反应接触时间，发电效率高，充分利用了阳极尾气中能量，对反应气体在反应前逐步预热，避免了冷热冲击，使得电池的热效率和使用寿命高。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种固体型氧化物燃料电池单元，包括外壳体、内壳体、若干个电池管和具有燃气入口的顶盖，所述外壳体的底部开有若干个阴极排气口，所述顶盖安装于外壳体的顶部，所述电池管一端为密封端，另一端为开口端，若干个所述电池管分别嵌入一电池管固定盘对应的第一通孔中，所述内壳体与位于内壳体顶部的电池管固定盘之间形成内腔，若干个所述电池管的密封端位于内壳体内，若干个两端开口的通气管一端分别嵌入电池管的底部，若干个所述通气管另一端分别嵌入一通气管固定盘对应的第二通孔中；
所述电池管固定盘与通气管固定盘之间形成一阳极排气空腔，所述电池管的开口端位于阳极排气空腔内，一阳极排气管依次嵌入顶盖、通气管固定盘各自的阳极排气口，从而与阳极排气空腔连通；
所述内壳体靠近电池管固定盘的顶部开有阴极内壳排气口，所述内壳体下部开有一阴极内壳进气口，且阴极内壳进气口位于电池管下方；
6个阴极进气管位于由外壳体、内壳体和电池管固定盘构成的外腔内，此阴极进气管的下端与位于内壳体下部的阴极内壳进气口连接，所述阴极进气管的上端与外壳体的阴极进气口连接，所述外壳体的阴极进气口的高度高于内壳体的阴极内壳进气口的高度；
一点火管依次贯穿外壳体、内壳体与内腔连通，所述外壳体的阴极排气口处均安装有一风机。
上述技术方案中进一步改进的方案如下：
1. 上述方案中，所述阴极内壳排气口为位于内壳体顶面的缺口槽。
2. 上述方案中，所述6个阴极进气管沿内壳体的周向等间隔设置。
3. 上述方案中，所述外壳体的阴极排气口数目为4个。
4. 上述方案中，所述外壳体的风机数目为4个。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明固体型氧化物燃料电池单元，其电池管一端为密封端，另一端为开口端，若干个所述电池管分别嵌入一电池管固定盘，若干个两端开口的通气管一端分别嵌入电池管的底部，采用了单头封闭式电池管加通气管的结构和单头进出气的方式，既减少了高温工作部位密封结构数量，降低了漏气风险，且阳极进出气体反向流动，既有利于提高反应接触时间，发电效率高，也对通气管内的气体在反应前逐步预热，避免了冷热冲击，使得电池的热效率和使用寿命高；进一步，其电池管固定盘与通气管固定盘之间形成一阳极排气空腔，所述电池管的开口端位于阳极排气空腔内，一阳极排气管依次嵌入顶盖、通气管固定盘各自的阳极排气口，从而与阳极排气空腔连通，有利于充分利用阳极尾气能量均匀地给进气管预热；再进一步，其若干个所述电池管的密封端位于内壳体内，所述内壳体靠近电池管固定盘的顶部开有阴极内壳排气口，所述内壳体下部开有一阴极内壳进气口，且阴极内壳进气口位于电池管下方，阴极采用进出气流反向，既有利于提高反应接触时间，发电效率高，增加了发电效率。
2、本发明固体型氧化物燃料电池单元，其6个阴极进气管位于由外壳体、内壳体和电池管固定盘构成的外腔内，所述阴极进气管的上端与外壳体的阴极进气口连接，所述内壳体靠近电池管固定盘的顶部开有阴极内壳排气口，所述外壳体的阴极进气口的高度高于内壳体的阴极内壳进气口的高度，所述外壳体的底部开有若干个阴极排气口，阴极进气管内气流方向与带有热量的外腔内气流方向重叠，有利于来自阴极进入气体的在反应前逐步预热，有效地回收利用阴极尾气中的热量，避免了形成过大温度差对电池温度均匀性、寿命的影响；进一步，其外壳体、内壳体和电池管固定盘构成的外腔，外壳体的阴极排气口处均安装有一风机，并在外壳和内壳组成的外腔内形成负压，将在阴极反应后的气体由阴极内壳排气口抽出，能够通过调节风机排风量大小对电池温度进行控制。
附图说明
附图1为本发明固体型氧化物燃料电池单元的结构示意图；
附图2为本发明固体型氧化物燃料电池单元的分解结构示意图；
附图3为附图2的局部结构示意图；
附图4为本发明固体型氧化物燃料电池单元的剖面结构示意图。
以上附图中：1、外壳体；101、阴极排气口；102、阴极进气口；2、内壳体；3、电池管；31、密封端；32、开口端；4、顶盖；41、燃气入口；5、电池管固定盘；51、第一通孔；6、内腔；7、通气管；71、开口；8、通气管固定盘；81、第二通孔；9、阳极排气空腔；10、阳极排气管；11、阳极排气口；121、阴极内壳排气口；122、阴极内壳进气口；13、阴极进气管；14、外腔；15、点火管；16、风机。
实施方式
在本专利的描述中，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；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，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专利的具体含义。
实施例1：一种固体型氧化物燃料电池单元，包括外壳体1、内壳体2、若干个电池管3和具有燃气入口41的顶盖4，所述外壳体1的底部开有若干个阴极排气口101，所述顶盖4安装于外壳体1的顶部，所述电池管3一端为密封端31，另一端为开口端32，若干个所述电池管3分别嵌入一电池管固定盘5对应的第一通孔51中，所述内壳体2与位于内壳体2顶部的电池管固定盘5之间形成内腔6，若干个所述电池管3的密封端31位于内壳体2内，若干个两端开口71的通气管7一端分别嵌入电池管3的底部，若干个所述通气管7另一端分别嵌入一通气管固定盘8对应的第二通孔82中；
所述电池管固定盘5与通气管固定盘8之间形成一阳极排气空腔9，所述电池管3的开口端32位于阳极排气空腔9内，一阳极排气管10依次嵌入顶盖4、通气管固定盘8各自的阳极排气口11，从而与阳极排气空腔9连通；
所述内壳体2靠近电池管固定盘5的顶部开有阴极内壳排气口121，所述内壳体2下部开有一阴极内壳进气口122，且阴极内壳进气口122位于电池管3下方；
6个阴极进气管13位于由外壳体1、内壳体2和电池管固定盘5构成的外腔14内，此阴极进气管13的下端与位于内壳体2下部的阴极内壳进气口122连接，所述阴极进气管13的上端与外壳体1的阴极进气口102连接，所述外壳体1的阴极进气口102的高度高于内壳体2的阴极内壳进气口122的高度；
一点火管15依次贯穿外壳体1、内壳体2与内腔6连通，所述外壳体1的阴极排气口101处均安装有一风机16。
上述6个阴极进气管13沿内壳体2的周向等间隔设置。
上述阴极进气管13的下端与内壳体2的侧表面下部连接，上述若干个所述电池管3呈圆形阵列排布。
实施例2：一种固体型氧化物燃料电池单元，包括外壳体1、内壳体2、若干个电池管3和具有燃气入口41的顶盖4，所述外壳体1的底部开有若干个阴极排气口101，所述顶盖4安装于外壳体1的顶部，所述电池管3一端为密封端31，另一端为开口端32，若干个所述电池管3分别嵌入一电池管固定盘5对应的第一通孔51中，所述内壳体2与位于内壳体2顶部的电池管固定盘5之间形成内腔6，若干个所述电池管3的密封端31位于内壳体2内，若干个两端开口71的通气管7一端分别嵌入电池管3的底部，若干个所述通气管7另一端分别嵌入一通气管固定盘8对应的第二通孔82中；
所述电池管固定盘5与通气管固定盘8之间形成一阳极排气空腔9，所述电池管3的开口端32位于阳极排气空腔9内，一阳极排气管10依次嵌入顶盖4、通气管固定盘8各自的阳极排气口11，从而与阳极排气空腔9连通；
所述内壳体2靠近电池管固定盘5的顶部开有阴极内壳排气口121，所述内壳体2下部开有一阴极内壳进气口122，且阴极内壳进气口122位于电池管3下方；
6个阴极进气管13位于由外壳体1、内壳体2和电池管固定盘5构成的外腔14内，此阴极进气管13的下端与位于内壳体2下部的阴极内壳进气口122连接，所述阴极进气管13的上端与外壳体1的阴极进气口102连接，所述外壳体1的阴极进气口102的高度高于内壳体2的阴极内壳进气口122的高度；
一点火管15依次贯穿外壳体1、内壳体2与内腔6连通，所述外壳体1的阴极排气口101处均安装有一风机16。
上述阴极内壳排气口121为位于内壳体2顶面的缺口槽。
上述外壳体1的阴极排气口101和风机16数目均为4个且等间隔分布，上述外壳体1、内壳体2均为圆形。
采用了单头封闭式电池管加通气管的结构和单头进出气的方式，既减少了高温工作部位密封结构数量，降低了漏气风险，且阳极进出气体反向流动，既有利于提高反应接触时间，发电效率高，也对通气管内的气体在反应前逐步预热，避免了冷热冲击，使得电池的热效率和使用寿命高；进一步，有利于充分利用阳极尾气能量均匀地给进气管预热；进一步，其阴极采用进出气流反向，既有利于提高反应接触时间，发电效率高，增加了发电效率；还有，阴极进气管内气流方向与带有热量的外腔内气流方向重叠，有利于来自阴极进入气体的在反应前逐步预热，有效地回收利用阴极尾气中的热量，避免了形成过大温度差对电池温度均匀性、寿命的影响；进一步，其能够通过调节风机排风量大小对电池温度进行控制。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种固体型氧化物燃料电池单元，其特征在于：包括外壳体（1）、内壳体（2）、若干个电池管（3）和具有燃气入口（41）的顶盖（4），所述外壳体（1）的底部开有若干个阴极排气口（101），所述顶盖（4）安装于外壳体（1）的顶部，所述电池管（3）一端为密封端（31），另一端为开口端（32），若干个所述电池管（3）分别嵌入一电池管固定盘（5）对应的第一通孔（51）中，所述内壳体（2）与位于内壳体（2）顶部的电池管固定盘（5）之间形成内腔（6），若干个所述电池管（3）的密封端（31）位于内壳体（2）内，若干个两端开口（71）的通气管（7）一端分别嵌入电池管（3）的底部，若干个所述通气管（7）另一端分别嵌入一通气管固定盘（8）对应的第二通孔（82）中；
所述电池管固定盘（5）与通气管固定盘（8）之间形成一阳极排气空腔（9），所述电池管（3）的开口端（32）位于阳极排气空腔（9）内，一阳极排气管（10）依次嵌入顶盖（4）、通气管固定盘（8）各自的阳极排气口（11），从而与阳极排气空腔（9）连通；
所述内壳体（2）靠近电池管固定盘（5）的顶部开有阴极内壳排气口（121），所述内壳体（2）下部开有一阴极内壳进气口（122），且阴极内壳进气口（122）位于电池管（3）下方；
6个阴极进气管（13）位于由外壳体（1）、内壳体（2）和电池管固定盘（5）构成的外腔（14）内，此阴极进气管（13）的下端与位于内壳体（2）下部的阴极内壳进气口（122）连接，所述阴极进气管（13）的上端与外壳体（1）的阴极进气口（102）连接，所述外壳体（1）的阴极进气口（102）的高度高于内壳体（2）的阴极内壳进气口（122）的高度；
一点火管（15）依次贯穿外壳体（1）、内壳体（2）与内腔（6）连通，所述外壳体（1）的阴极排气口（101）处均安装有一风机（16）；
所述阴极内壳排气口（121）为位于内壳体（2）顶面的缺口槽，所述6个阴极进气管（13）沿内壳体（2）的周向等间隔设置。
2.根据权利要求1所述的固体型氧化物燃料电池单元，其特征在于：所述外壳体（1）的阴极排气口（101）数目为4个。
3.根据权利要求1所述的固体型氧化物燃料电池单元，其特征在于：所述外壳体（1）的风机（16）数目为4个。
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