CN117039091B - 一种塔状sofc电堆模组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种塔状SOFC电堆模组，包括至少两个堆叠连接的SOFC电堆，SOFC电堆的外侧设有内壁，内壁的两侧均设有多个导流肋片；内壁的开口处的两侧分别设有拐角，阳极气体出气管和所述阳极气体进气管分别位于拐角处，通过设置导流肋片，使得阴极气体只能沿着导流肋片流动，约束了阴极气体的流动方向，使得阴极气体流速均匀，从而能够有效保证SOFC电堆模组内部的每个SOFC电堆分配得到的阴极气体量是均匀的；内壁的拐角设计，能够有效减缓阳极气体与阴极气体的热交换，从而保证流入的阴极气体的温度的均匀性，以及流入每个SOFC电堆的阳极进口气体温度的一致性。

Description

一种塔状SOFC电堆模组
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种塔状SOFC模组。
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600℃以上的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。目前单个SOFC电堆的电功率约为1～5kW，若要构建一个数十千瓦甚至更高的大功率SOFC发电系统，则需要多个SOFC电堆联合工作，同时也需要为每个SOFC电堆的阴极和阳极单独供应对应的气体；因此，多SOFC电堆结合组成的SOFC电堆模组在大功率SOFC发电系统中具有很大的应用优势。
目前SOFC电堆主要分为管式SOFC电堆和平板式SOFC电堆，其中，开放式阴极是平板式SOFC电堆的一种结构形式，其具有电堆体积更小、阴极侧压损更低、密封更容易的优点。然而，由于开放式阴极的设计使阴极气体管道的进出口布置在SOFC电堆的外部，阴极气体的流动方向缺乏约束，导致阴极气体在各层电池片中流速的一致性难以保证，对SOFC电堆的使用寿命和功率输出有消极影响。
发明内容
本发明的目的是设计一种塔状SOFC电堆模组，由多个开放式阴极结构SOFC电堆组成，实现SOFC电堆模组的内部各SOFC电堆的阴极气流量有良好的一致性，保证SOFC电堆模组内部的温度、材料所受应力的均匀，以解决上述背景技术所提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：提供一种塔状SOFC电堆模组，包括至少两个堆叠连接的SOFC电堆，两个所述SOFC电堆之间设有气体分配板，所述SOFC电堆的外侧设有内壁，所述内壁的两侧均设有多个导流肋片，所述导流肋片均呈水平均匀设置；所述内壁的外侧设有外壁，所述导流肋片远离所述内壁的一侧与所述外壁抵接，位于最底部的所述SOFC电堆的底端设有底板，所述底板分别与所述内壁和所述外壁连接，所述底板上位于所述内壁和所述外壁之间开设有阴极气体进口，所述底板上位于所述内壁和所述SOFC电堆之间开设有阴极气体出口，所述底板上位于SOFC电堆远离所述阴极气体出口的一侧开设有阳极气体进口和阳极气体出口；位于最顶部的所述SOFC电堆的顶端设有顶板，所述顶板分别与所述内壁和所述外壁连接。
进一步地，所述内壁上分别位于所述导流肋片的阴极气体输入端上设有气流分配板，所述气流分配板上设有多个气流分配孔，所述气流分配孔的半径自上而下逐渐增大。
进一步地，所述阳极气体进口连通有阳极气体进气管，所述阳极气体进气管开设有至少一个阳极气体进气支管，所述阳极气体进气支管与所述气体分配板连通；所述阳极气体出口连通有阳极气体出气管，所述阳极气体出气管开设有至少一个阳极气体出气支管，所述阳极气体出气支管与所述气体分配板连通。
进一步地，所述内壁的开口处的两侧分别设有拐角，所述阳极气体出气管和所述阳极气体进气管分别位于所述拐角处。
进一步地，所述顶板下设有密封条，所述密封条呈倒U形，所述密封条的左侧部分和右侧部分分别位于所述内壁与所述SOFC电堆之间。
进一步地，所述顶板下设有顶板密封槽，所述密封条的顶部部分与所述顶板密封槽嵌设连接。
进一步地，所述内壁上位于所述SOFC电堆的两侧均设有内壁密封槽，所述密封条的左侧部分和右侧部分分别与所述内壁密封槽嵌设连接。
进一步地，所述底板与所述SOFC电堆之间安装有绝缘底座。
进一步地，所述气体分配板、所述外壁、所述内壁、所述顶板、所述底板和所述绝缘底座均为耐高温材料。
进一步地，所述阴极气体进口和所述阴极气体出口均为槽口。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明通过设置至少两个堆叠连接的SOFC电堆组成塔状SOFC电堆模组，使得结构紧凑度高，有效节省空间和降低成本；设置外壁和内壁，阳极气体通过依次从阳极气体进口和内壁内流向气体分配板，阴极气体从阴极气体进口进入外壁内，再通过导流肋片流向阳极气体，进而流向各个SOFC电堆进行反应，反应完毕的阴极气体和阳极气体分别从阴极；气体出口和阳极气体出口流出；通过水平均匀设置的导流肋片，使得阴极气体只能沿着导流肋片水平流动，约束了阴极气体的流动方向，从而能够有效保证电堆模组内部每个电堆内部的每个电极板分配得到的阴极气体量是均匀的，对SOFC电堆的使用寿命和功率输出有积极影响；通过外壁和内壁将阴极气体进口和阴极气体出口隔开，能够有效防止高温阴极气体向外壁外泄漏，同时能够有效防止阴极气体出口的阴极气体流向阴极气体入口。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的剖视图；
图3为本发明的SOFC电堆和底板配合的结构示意图；
图4为本发明的密封条和顶板配合的结构示意图；
图5为本发明的阳极气体进气管、阳极气体出气管和气体分配板配合的结构示意图；
图6为本发明的内壁结构示意图。
图中所标各部件的名称如下：
1、SOFC电堆；2、气体分配板；4、内壁；5、导流肋片；6、外壁；7、底板；8、阴极气体进口；9、阴极气体出口；10、阳极气体进口；11、阳极气体出口；12、顶板；13、阳极气体进气管；14、阳极气体进气支管；15、阳极气体出气管；16、阳极气体出气支管；17、拐角；18、密封条；19、顶板密封槽；20、绝缘底座；21、气流分配板；22、气流分配孔。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
实施例：请参考图1-6，一种塔状SOFC电堆模组，包括至少两个堆叠连接的开放式阴极结构的SOFC电堆1，由此组成开放式阴极结构的塔状SOFC电堆模组，使得结构紧凑度高，有效节省空间和降低成本。两个SOFC电堆1之间设有气体分配板2，SOFC电堆1的外侧设有内壁4，内壁4的两侧均设有多个导流肋片5，导流肋片5均呈水平均匀设置，可引导阴极气体水平均匀流动；内壁4的外侧设有外壁6，可防止气体泄露至SOFC电堆模组的外部，保证气体从进口流到出口的过程中无泄漏。导流肋片5远离内壁4的一侧与外壁6抵接，使得阴极气体只能沿着导流肋片5流动，约束了阴极气体的流动方向，且导流肋片5均匀分布，从而能够有效保证电堆模组内部每个电堆内部的每个电极片分配得到的阴极气体量是均匀的，对SOFC电堆1的使用寿命和功率输出有积极影响。内壁4上分别位于导流肋片5的阴极气体输入端上设有气流分配板21，气流分配板21上设有多个气流分配孔22，气流分配孔22的半径自上而下逐渐增大，阴极气体从自下而上流入电堆模组内，并通过气流分配孔22流入水平设置的导流肋片5，从而使得阴极气体流入电堆内的流速均匀。位于最底部的SOFC电堆1的底端设有底板7，底板7分别与内壁4和外壁6连接，底板7与SOFC电堆1之间安装有绝缘底座20，起到对SOFC电堆1支撑的作用，同时可实现底板7绝缘；气体分配板2、外壁6、内壁4和绝缘底座20均为耐高温材料，保证SOFC电堆1在高温下正常工作。
底板7上位于内壁4和外壁6之间开设有阴极气体进口8，底板7上位于内壁4和SOFC电堆1之间开设有阴极气体出口9，阴极气体进口8和阴极气体出口9均为槽口，阴极气体可直接从阴极气体进口8流入进入外壁6内，再通过导流肋片5流向SOFC电堆1的一侧，进而流向各个SOFC电堆1进行反应，反应完毕的阴极气体从SOFC电堆1的另一侧流向阴极气体出口9，再从阴极气体出口9流出；同时通过外壁6和内壁4将阴极气体进口8和阴极气体出口9隔开，能够有效防止高温阴极气体向外壁6外泄漏，同时能够有效防止阴极气体出口9的阴极气体流向阴极气体进口8。
底板7上位于SOFC电堆1远离阴极气体出口9的一侧开设有阳极气体进口10和阳极气体出口11，阳极气体进口10连通有阳极气体进气管13，阳极气体进气管13开设有至少一个阳极气体进气支管14，阳极气体进气支管14与气体分配板2连通；阳极气体出口11连通有阳极气体出气管15，阳极气体出气管15开设有至少一个阳极气体出气支管16，阳极气体出气支管16与气体分配板2连通；阳极气体从阳极气体进口10流入阳极气体进气管13，再通过阳极气体进气支管14分流至气体分配板2，反应完毕的阳极气体从气体分配板2流入阳极气体出气支管16，再通过阳极气体出气管15流出阳极气体出口11；由于阳极气体含有大量可燃气体，阳极气体通过独立的管路给电堆供气，使得阳极气体不会泄漏到SOFC电堆1模组外，造成安全隐患。内壁4的开口处的两侧分别设有拐角17，阳极气体出气管15和阳极气体进气管13分别位于拐角17处，由于阳极气体的温度会比阴极气体温度高，若阳极气体直接冲刷阳极气体出气管15和阳极气体进气管13的表面，热交换比较强烈，从而使阳极气体出气管15和阳极气体进气管13降温，导致会出现每个SOFC电堆1得到的阳极气体温度不均匀的情况；内壁4的拐角17设计，能够有效减少阳极气体出气管15和阳极气体进气管13分别与阴极气体的热交换，从而保证流入的阴极气体的温度的均匀性，以及通过气体分配板2流入每个SOFC电堆1的阳极进口气体温度的一致性。
位于最顶部的SOFC电堆1的顶端设有顶板12，顶板12分别与内壁4和外壁6连接，顶板12和底板7的设置，将整个SOFC电堆模组密封，顶板12和底板7均为耐高温材料，保证SOFC电堆模组的密封性。顶板12下设有密封条18，密封条18呈倒U形，以匹配SOFC电堆1的外形；顶板12下设有顶板密封槽19，密封条18的顶部部分与顶板密封槽19嵌设连接，增强与顶板12的密封性；密封条18的左侧部分和右侧部分分别位于内壁4与SOFC电堆1之间，内壁4上位于SOFC电堆1的两侧均设有内壁4密封槽，密封条18的左侧部分和右侧部分分别与内壁4密封槽嵌设连接，增强与内壁4的密封性。密封条18为耐高温材料，具有一定的弹性，使得密封条18处于常温到高温的温度变化时，依然与SOFC电堆1、内壁4和顶板12的表面均有良好的接触，实现更好的密封效果，避免反应完毕的阴极气体流回阴极气体进口8，使得反应完毕的阴极气体与尚未反应的阴极气体混合。
本实施例的工作原理：工作时，阳极气体通过阳极气体进口10流入阳极气体进气管13，再通过阳极气体进气支管14分流至气体分配板2，然后通过气体分配板2上表面的开孔进入SOFC电堆1的内部，反应完毕的阳极气体从气体分配板2流入阳极气体出气支管16，再通过阳极气体出气管15流出阳极气体出口11；阴极气体通过阴极气体进口8流入进入外壁6内，再通过导流肋片5水平流向阳极气体的位置，进而流向各个SOFC电堆1进行反应，反应完毕的阴极气体从SOFC电堆1的另一侧流向阴极气体出口9，再从阴极气体出口9流出。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”以及类似的表述只是为了说明的目的。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种塔状SOFC电堆模组，其特征在于：包括至少两个堆叠连接的SOFC电堆(1)，两个所述SOFC电堆(1)之间设有气体分配板(2)，所述SOFC电堆(1)的外侧设有内壁(4)，所述内壁(4)的两侧均设有多个导流肋片(5)，所述导流肋片(5)均呈水平均匀设置；所述内壁(4)的外侧设有外壁(6)，所述导流肋片(5)远离所述内壁(4)的一侧与所述外壁(6)抵接；所述内壁(4)上分别位于所述导流肋片(5)的阴极气体输入端上设有气流分配板（21），所述气流分配板（21）上设有多个气流分配孔（22），所述气流分配孔（22）的半径自上而下逐渐增大；位于最底部的所述SOFC电堆(1)的底端设有底板(7)，所述底板(7)分别与所述内壁(4)和所述外壁(6)连接，所述底板(7)上位于所述内壁(4)和所述外壁(6)之间开设有阴极气体进口(8)，所述底板(7)上位于所述内壁(4)和所述SOFC电堆(1)之间开设有阴极气体出口(9)，所述底板(7)上位于SOFC电堆(1)远离所述阴极气体出口(9)的一侧开设有阳极气体进口(10)和阳极气体出口(11)；位于最顶部的所述SOFC电堆(1)的顶端设有顶板(12)，所述顶板(12)分别与所述内壁(4)和所述外壁(6)连接；所述阳极气体进口(10)连通有阳极气体进气管(13)，所述阳极气体进气管(13)开设有至少一个阳极气体进气支管(14)，所述阳极气体进气支管(14)与所述气体分配板(2)连通；所述阳极气体出口(11)连通有阳极气体出气管(15)，所述阳极气体出气管(15)开设有至少一个阳极气体出气支管(16)，所述阳极气体出气支管(16)与所述气体分配板(2)连通。
2.根据权利要求1所述的塔状SOFC电堆模组，其特征在于：所述内壁(4)的开口处的两侧分别设有拐角(17)，所述阳极气体出气管(15)和所述阳极气体进气管(13)分别位于所述拐角(17)处。
3.根据权利要求1所述的塔状SOFC电堆模组，其特征在于：所述顶板(12)下设有密封条(18)，所述密封条(18)呈倒U形，所述密封条(18)的左侧部分和右侧部分分别位于所述内壁(4)与所述SOFC电堆(1)之间。
4.根据权利要求3所述的塔状SOFC电堆模组，其特征在于：所述顶板(12)下设有顶板密封槽(19)，所述密封条(18)的顶部部分与所述顶板密封槽(19)嵌设连接。
5.根据权利要求3所述的塔状SOFC电堆模组，其特征在于：所述内壁(4)上位于所述SOFC电堆(1)的两侧均设有内壁密封槽，所述密封条(18)的左侧部分和右侧部分分别与所述内壁密封槽嵌设连接。
6.根据权利要求1所述的塔状SOFC电堆模组，其特征在于：所述底板(7)与所述SOFC电堆(1)之间安装有绝缘底座(20)。
7.根据权利要求6所述的塔状SOFC电堆模组，其特征在于：所述气体分配板(2)、所述外壁(6)、所述内壁(4)、所述顶板(12)、所述底板(7)和所述绝缘底座(20)均为耐高温材料。
8.根据权利要求1所述的塔状SOFC电堆模组，其特征在于：所述阴极气体进口(8)和所述阴极气体出口(9)均为槽口。
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