CN115101772B - 一种用于固体氧化物燃料电池电堆模组的气流分配装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于一种用于固体氧化物燃料电池电堆模组的气流分配装置，包括：包括气流入口盖板、气流分配板和气流出口盖板；气流入口盖板，包括至少一个气流入口通道和盖板本体；气流入口通道用于引入气流，盖板本体用于与气流分配板配合；气流分配板，包括分配板本体；在本体上镂空加工气流分配通道，气流分配通道包括至少一个主通道和若干支流通道；主通道与气流入口盖板的气流入口通道连接，供气体从气流入口盖板的气流入口通道通过后进入其中，支流通道与主通道连接，使气流均匀分散至各支流通道的末端，本发明可为一个或多个SOFC电堆模组提供流量均匀的气流，具有集成度高、气流分配均匀、加工和安装方便、成本较低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种适用于固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell, SOFC）电堆模组中作均匀分配气流用的装置。
背景技术
固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种利用电化学反应，在中高温条件下将燃料和氧化剂中的化学能转化成电能的发电装置。SOFC具有燃料适应性强、不需要贵金属催化剂、全固态组，以及余热温度高、可实现热电联供等优点，是一种非常具有应用前景的、低排放的绿色发电方式。
目前，一个典型的SOFC电堆功率约为1-3 kW。因此，一个商业化的十千瓦级至百千瓦级的大功率发电模块需要将多个独立的SOFC电堆进行串/并联，形成一个高功率的SOFC电堆模组。电堆模组中各子电堆的气流量要求有良好的一致性，从而保证电堆模组内部的温度、材料所受应力的均匀，保障电堆模组的整体使用寿命。
为满足子电堆气流量均匀的要求，传统的SOFC电堆模组的供气方式是对每个子电堆独立供气，因此需要多套供气装置，供气系统的集成度低。此外，对应的管线、管道连接位置也较多，导致供气系统密封难度较大，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于为大功率SOFC电堆模组供气的气流分配装置，具有集成度高、气流分配均匀、加工和安装方便、成本较低的优点。
为实现以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种用于固体氧化物燃料电池电堆模组的气流分配装置，包括：
气流入口盖板，包括至少一个气流入口通道和盖板本体，所述盖板本体与气流入口通道连接，可供气流通过。
气流分配板，包括分配板本体，在所述分配板本体上镂空加工气流分配通道，所述气流分配通道包括至少一个主通道和若干支流通道，所述主通道与气流入口盖板的气流入口通道连接，供气体从所述气流入口盖板的气流入口通道通过后进入其中；所述支流通道与主通道连接，使气流均匀分散至各支流通道的末端，所述支流通道末端位置与气流出口盖板中气流出口孔的位置相匹配。
气流出口盖板，包括气流出口盖板本体，所述盖板本体上镂空加工有气流出口孔，供气体从支流通道末端流入，然后流出盖板本体，气流出口孔数量与SOFC电堆模组中各子电堆的气流进口通道数量一致。
气流入口盖板、气流分配板和气流出口盖板合并进行密封，三者配合一起，形成一个气流分配装置，保证气体从气流入口盖板的入口通道到气流出口盖板的气流出口孔的整个流动过程中，不发生气体外逸至气流分配装置外的情况。
进一步的，所述气流入口盖板、气流分配板和气流出口盖板的外形尺寸可一致，使获得更好的配合。
进一步的，所述气流入口盖板、气流分配板和气流出口盖板之间的配合面可设置有密封垫或密封圈等密封件。
进一步的，所述气流入口盖板的气流通道出口处可加工倒角，使流动阻力降低。
进一步的，所述气流入口盖板和气流分配板，可通过一体成型，在气流入口盖板上雕刻出气流分配通道，从而合并为一个部件。
进一步的，所述气流出口盖板和气流分配板，可通过一体成型，在气流出口盖板上雕刻出气流分配通道，从而合并为一个部件。
进一步的，所述气流入口盖板、气流分配板和气流出口盖板在保证气流分配通道获得良好密封的前提下，在无气流分配通道经过的地方，可进行镂空处理，从而减少装置的材料使用量，有利于制造成本的降低。
进一步的，所述气流分配板中的气流分配通道可通过对通道折弯处添加倒角或平滑化处理等结构优化，并根据流量大小设计流道宽度，获得合理的设计通道形状和几何尺寸。
其中一种流道设计如实施例所示，流道设计的目的是为了气流分配更均匀、气流流动过程中的压降更小，但不局限于某一种设计的气流分配通道。
进一步的，所述气流出口盖板中的各个气体出口使用如陶瓷螺栓等绝缘部件与电堆模组中各子电堆的气体进口连接。
进一步的，所述的一种用于固体氧化物燃料电池电堆模组的气流分配装置可与另外一个独立的电堆模组气流分发装置连接。在电堆模组气流分发装置与电堆模组已进行了绝缘连接的情况下，气流分配装置非必要与电堆模组气流分发装置进行绝缘连接。
进一步的，所述的一种用于固体氧化物燃料电池电堆模组的气流分配装置，既可用于电堆使用的氧化剂气体的分配，也可用于电堆使用的燃料气体的分配。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、通过将所有电堆所需的气流通道集中到一个装置中，大幅度提高了气流分配系统的集成度和紧凑性；另外大量减少了大功率电堆模组所需要的气体管线和对应的管道连接位置，有利于降低安装和维修的难度和相应的成本。
2、通过将气流分配装置设计为一种板式结构，有利于降低密封难度，从而实现有效的密封，降低气体外逸的风险。
3、通过合理设计气流分配通道，同样可以实现气流均匀分配的目的。而且气流在分配过程中，不存在额外的管道连接，减少了泄漏风险，也有效降低了流动阻力。
4、所述的气流入口盖板、气流分配板和气流出口盖板，可通过简单的机械加工实现生产制造，加工成本较低。
附图说明
图1为根据本发明的一实施例提供的气流入口盖板的立体示意图；
图2为根据本发明的一实施例提供的气流分配板的平面示意图；
图3为根据本发明的一实施例提供的气流出口盖板的立体示意图；
图4为根据本发明的一实施例提供的气流分配装置示意性剖面结构图；
图5为根据本发明的一实施例提供的气流分配板在一个工况条件下，通过仿真计算得到的流速云图；
图6为根据本发明的一实施例提供的气流分配装置与SOFC电堆模组配合使用的示意图；
附图标记说明：100-气流入口盖板；101-气流入口通道；102-气流入口盖板本体；103-气流分配板配合面；200-气流分配板；201-气流分配板本体；202-主通道；203-中央支流流道；204-两侧支流流道；205-支流流道末端；300-气流出口盖板；301-气流出口孔；302-气流出口盖板与气流分配板配合面；400-气流分配装置；500-SOFC电堆模组。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例：
如图1-4所示，本实施例提供了一种用于固体氧化物燃料电池电堆模组的气流分配装置，可用于为多个SOFC电堆模组500提供均匀分配的气流，主要包括气流入口盖板100、气流分配板200和气流出口盖板300，共三个组件。
参看图1，气流入口盖板100，用于与气流分配板200配合，其包括气流入口通道101和气流入口盖板本体102，两者使用金属材料一体成型。其中，气流入口盖板本体102包含与气流分配板配合面103。通过气流分配板配合面103，气流入口盖板100能与气流分配板200紧密配合。进一步，气流分配板配合面103上可设置密封槽，配合密封圈或其他密封胶等密封材料，进行密封处理。气流入口通道101的大小取决于实际使用过程中SOFC电堆所需气体流量。气流入口通道101的数量不局限于一个，可多个。气流入口盖板100的大小取决于密封气流分配板200中所有气流通道所需要的面积。
参看图2，气流分配板200，包括气体分配板本体201、主通道202和多个中央支流流道203。气流分配板200使用金属材料一体成型，主通道202和中央支流流道203通过镂空加工获得。主通道202的宽度要大于气流入口通道101的当量直径，而中央支流流道203的宽度略小于主通道202，略大于气流出口盖板300中的气流出口孔301。图2给出了一种主流道和支流通道的设计形式，但需要指出的是，流道设计形式可以是多样的，目的是为了气流分配更均匀、气流流动过程中的压降更小，不局限于某一种设计的气流分配通道。气流分配板200包含两个配合面，分别为气流分配板与气流入口盖板配合面和气流分配板与气流出口盖板配合面。气流分配板配合面103和气流分配板与气流入口盖板配合面相配合，气流分配板与气流出口盖板配合面与气流出口盖板与气流分配板配合面302相配合，形成紧密的密封结构。
参看图3，气流出口盖板300，包含有多个气流出口孔301。气流出口盖板300使用金属材料一体成型，气流出口孔301通过镂空加工获得。气流出口孔301的位置要与中央支流流道203末端位置相匹配，保证气流能够从中央支流流道203末端进入到气流出口孔301中。气流出口孔数量与SOFC电堆模组中各子电堆的气流进口通道数量一致，保证每个子电堆均能分配到所需气流。气流出口盖板300包含气流出口盖板与气流分配板配合面302，该面与气流分配板与气流出口盖板配合面配合。
参看图4，为气流分配装置400的示意性剖面结构图。当气流分配装置400工作时，气流从气流入口通道101进入，在气流分配板200内被分配成多个均匀气流，最后从气流出口孔301流出，从而实现向多个SOFC电堆模组内的子电堆均匀供气的目的。
参看图5，为根据本发明的一实施例提供的气流分配板在一个工况条件下，已图2结构为基础，通过仿真计算得到的流速云图。工况条件为：以空气为流体，进口温度为600℃，进口表压为5000 Pa，末端出口表压为0 Pa。图中可见，气流流速在各支流流道中均匀性好，从而获得较好流体分配效果。
参看图6，为气流分配装置400与五个SOFC电堆模组500配合使用的示意图，其中每个SOFC电堆模组包含有四个子电堆，合计二十个子电堆。气流分配装置400合计有二十个气流出口孔301，对应给二十个子电堆均匀供气。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员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。在不脱离本发明构思的前提下，凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
上各方案均只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (4)
1.一种用于固体氧化物燃料电池电堆模组的气流分配装置，包括：
气流入口盖板，包括至少一个气流入口通道和盖板本体，所述盖板本体与气流入口通道连接，可供气流通过；
气流分配板，包括分配板本体，在所述分配板本体上镂空加工气流分配通道，所述气流分配通道包括至少一个主通道和若干支流通道，所述主通道与气流入口盖板的气流入口通道连接，供气体从所述气流入口盖板的气流入口通道通过后进入其中；所述支流通道与主通道连接，使气流均匀分散至各支流通道的末端，所述支流通道末端位置与气流出口盖板中气流出口孔的位置相匹配；
气流出口盖板，包括气流出口盖板本体，所述盖板本体上镂空加工有气流出口孔，供气体从支流通道末端流入，然后流出盖板本体，气流出口孔数量与SOFC电堆模组中各子电堆的气流进口通道数量一致；
气流入口盖板、气流分配板和气流出口盖板合并进行密封，三者配合一起，形成一个气流分配装置，保证气体从气流入口盖板的入口通道到气流出口盖板的气流出口孔的整个流动过程中，不发生气体外逸至气流分配装置外的情况；
所述气流入口盖板、气流分配板和气流出口盖板的外形尺寸可一致，使获得更好的配合；
所述气流入口盖板、气流分配板和气流出口盖板之间的配合面可设置有密封垫或密封圈；
所述气流入口盖板的气流通道出口处可加工倒角，使流动阻力降低；
所述气流入口盖板和气流分配板，可通过一体成型，在气流入口盖板上雕刻出气流分配通道，从而合并为一个部件；
所述气流入口盖板、气流分配板和气流出口盖板在保证气流分配通道获得良好密封的前提下，在无气流分配通道经过的地方，可进行镂空处理。
2.根据权利要求1所述的一种用于固体氧化物燃料电池电堆模组的气流分配装置，其特征在于，所述气流分配板中的气流分配通道可通过对通道折弯处添加倒角或平滑化处理，并根据流量大小设计流道宽度。
3.根据权利要求1所述的一种用于固体氧化物燃料电池电堆模组的气流分配装置，其特征在于，所述气流出口盖板中的各个气体出口使用陶瓷螺栓与电堆模组中各子电堆的气体进口连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于固体氧化物燃料电池电堆模组的气流分配装置，其特征在于，所述的一种用于固体氧化物燃料电池电堆模组的气流分配装置可与另外一个独立的电堆模组气流分发装置连接，在电堆模组气流分发装置与电堆模组已进行了绝缘连接的情况下，气流分配装置非必要与电堆模组气流分发装置进行绝缘连接。
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