CN117334982A - 一种平板式阳极支撑sofc混合堆叠的电堆结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平板式阳极支撑SOFC混合堆叠的电堆结构，电堆主体由上至下包括上盖板、若干间隔堆叠的第一电池单元和第二电池单元、底座，电堆主体侧壁均通过密封框依次与侧盖一、侧盖二、侧盖三和侧盖四连接，第一电池单元由上至下依次设有密封条、单电池、密封条和连接体一，第二电池单元由上至下依次设有密封条、单电池、密封条和连接体二，侧盖一的俯视截面呈C型结构，侧盖一与侧盖三结构相同，侧盖二与侧盖四结构相同。本发明采用上述结构，在堆叠方向上燃料和空气间隔对向流动，实现了高均匀度的电堆温度分布，能够有效提升电堆功率，延长电堆的使用寿命。

Description

一种平板式阳极支撑SOFC混合堆叠的电堆结构

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域，特别是涉及一种平板式阳极支撑SOFC混合堆叠的电堆结构。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将碳氢燃料中的化学能直接转化为电能的装置，相比于传统发电装置，SOFC能量转换效率不受卡诺循环限制，具有清洁高效无污染、运行噪音低、燃料适应性强、模块化设计等优点，成为新能源研究重点。根据SOFC电池几何形状可以将SOFC分为平板式、管式、瓦楞式以及结合平板式和管式的平管式。其中，平板型SOFC电堆具有以下特点：体积功率密度高，几何形状简单，制备工艺简单，成本较低，电流路径短，气流传输形式灵活等优势。平板式内流腔电堆中气流腔由连接体、密封材料及单电池依次堆叠而成。气体在连接体、密封层和单电池构成的腔体中流动，故平板式内流腔电堆连接体设计较为复杂。

平板式外流腔电堆外部气流腔与电堆堆芯分离，在一定程度上减少了连接体的设计难度，但是也增加了大量的密封界面，提高了电堆密封的难度。电池两侧不同的气体流向对电堆的温度有着重要影响，一方面不同的流向有着不同的温度梯度，过大的温度梯度会产生较大的热应力，一旦应力超过电池的抗压或抗拉强度，将造成电池破裂或分层，进而造成电堆失效。另一方面过高的温度加速电堆材料的退化，影响电堆的寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种平板式阳极支撑SOFC混合堆叠的电堆结构，在堆叠方向上燃料和空气间隔对向流动，实现了高均匀度的电堆温度分布，能够有效提升电堆功率，延长电堆的使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供了一种平板式阳极支撑SOFC混合堆叠的电堆结构，电堆主体由上至下包括上盖板、若干间隔堆叠的第一电池单元和第二电池单元、底座，电堆主体侧壁均通过密封框依次与侧盖一、侧盖二、侧盖三和侧盖四连接，第一电池单元由上至下依次设有密封条、单电池、密封条和连接体一，第二电池单元由上至下依次设有密封条、单电池、密封条和连接体二，侧盖一的俯视截面呈C型结构，侧盖一与侧盖三结构相同，侧盖一中央顶部设有燃料进气孔一和燃料出气孔一，燃料进气孔一与燃料进气腔一连通，燃料出气孔一与燃料出气腔连通，侧盖二与侧盖四结构相同，侧盖二中央顶部设有空气进气孔二和空气出气孔二，空气进气孔二与空气进气腔二连通，空气出气孔二与空气出气腔连通。

优选的，连接体一与连接体二结构相同，连接体二由上至下依次设有燃料单元、中间板和空气单元，燃料单元与空气单元结构相同，燃料单元的两个L型垫板对称设置在气体分配板的两个对角上，L型垫板的垫板横板与气体分配板的长度相同，L型垫板的垫板竖板长度小于气体分配板的长度，垫板竖板与另一L型垫板的垫板横板之间设有气体缺口。

优选的，燃料单元的两个气体缺口分别为燃料进气口和燃料出气口，空气单元的两个气体缺口分别为空气进气孔和空气出气口，燃料进气口与空气进气口之间的夹角为90°，燃料进气口与燃料出气口之间的夹角为180°，燃料出气口与空气出气口之间的夹角为90°。

优选的，连接体一的燃料进气口与连接体二的燃料出气口处于同一侧，连接体一的空气出气口与连接体二的空气进气口处于同一侧。

优选的，密封框与侧盖一、侧盖二的侧壁形状相同，密封框底部均与底座侧壁连接，密封框顶部均与上盖板侧壁连接。

优选的，密封条与L型垫板形状相同，密封条与L型垫板连接，密封条与L型垫板数量相同。

因此，本发明采用上述结构的有益效果为，第一电池单元和第二电池单元间隔堆叠设置，使得两路空气和两路燃料可同时独立流动，在堆叠方向上燃料和空气间隔对向流动，实现了高均匀度的电堆温度分布，能够有效提升电堆功率，延长电堆的使用寿命。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明一种平板式阳极支撑SOFC混合堆叠的电堆结构爆炸图；

图2是本发明一种平板式阳极支撑SOFC混合堆叠的连接体二爆炸图；

图3是本发明一种平板式阳极支撑SOFC混合堆叠的侧盖二示意图。

附图标记

1、上盖板；2、第一电池单元；21、密封条；22、单电池；23、连接体一；3、第二电池单元；31、连接体二；311、L型垫板；312、气体分配板；313、燃料进气口；314、燃料出气口；315、空气进气口；316、中间板；4、底座；5、侧盖一；51、燃料进气孔一；52、燃料出气孔一；53、燃料进气腔一；54、燃料出气腔一；6、侧盖二；61、空气进气孔二；62、空气出气孔二；63、空气进气腔二；64、空气出气腔二；7、侧盖三；71、燃料进气孔三；72、燃料出气孔三；8、侧盖四；81、空气进气孔四；82、空气出气孔四；9、密封框。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

图1是本发明一种平板式阳极支撑SOFC混合堆叠的电堆结构爆炸图，图2是本发明一种平板式阳极支撑SOFC混合堆叠的连接体二爆炸图，图3是本发明一种平板式阳极支撑SOFC混合堆叠的侧盖二示意图，如图所示，一种平板式阳极支撑SOFC混合堆叠的电堆结构。电堆主体由上至下包括上盖板1、若干间隔堆叠的第一电池单元2和第二电池单元3、底座4，电堆主体侧壁均通过密封框9依次与侧盖一5、侧盖二6、侧盖三7和侧盖四8连接。第一电池单元2由上至下依次设有密封条21、单电池22、密封条21和连接体一23，第二电池单元3由上至下依次设有密封条21、单电池22、密封条21和连接体二31。侧盖一5的俯视截面呈C型结构，侧盖一5与侧盖三7结构相同，侧盖一5中央顶部设有燃料进气孔一51和燃料出气孔一52，燃料进气孔一51与燃料进气腔一53连通，燃料出气孔一52与燃料出气腔一54连通。侧盖二6与侧盖四8结构相同，侧盖二6中央顶部设有空气进气孔二61和空气出气孔二62，空气进气孔二61与空气进气腔二63连通，空气出气孔二62与空气出气腔二64连通。

燃料和空气均在电堆内分为两部分流动，空气流动方向与燃料流动方向之间的夹角为90°，空气调控电堆内部的温度分布，通过空气在电堆交替设置的第一电池单元2和第二电池单元3中与燃料对向流动，使电堆内部的温度更加均匀，实现更大的输出功率，并延长使用寿命。

一部分燃料经侧盖一5的燃料进气孔一51进入燃料进气腔一53，燃料进气腔一53内的燃料经燃料进气口313进入第二电池单元3连接体二31，燃料流过连接体二31燃料单元的气体分配板312后经燃料出气口314运动出连接体二31，燃料进入侧盖三7的燃料进气腔三后经燃料出气孔三72排出。

另一部分燃料经侧盖三7的燃料进气孔三71进入燃料进气腔三，燃料进气腔三内的燃料经燃料进气口313进入第一电池单元2连接体一23，燃料流过连接体一23燃料单元的气体分配板312后经燃料出气口314运动出连接体一23，燃料进入侧盖一5的燃料出气腔一54后经燃料出气孔一52排出。

一部分空气经侧盖二6的空气进气孔二61进入空气进气腔二63，空气进气腔二63内的空气经空气进气口315进入连接体一23的空气单元，空气流过空气单元的气体分配板312后经空气出气口进入侧盖四8的空气出气腔四，经空气出气孔四82排出空气出气腔四。

另一部分空气经侧盖四8的空气进气孔四81进入空气进气腔四，空气进气腔四内的空气经空气进气口315进入连接体二31的空气单元，空气流过空气单元的气体分配板312后经空气出气口进入侧盖二6的空气出气腔二64，经空气出气孔二62排出空气出气腔二64。

连接体一23与连接体二31结构相同，连接体二31由上至下依次设有燃料单元、中间板316和空气单元，燃料单元与空气单元结构相同。燃料单元的两个L型垫板311对称设置在气体分配板312的两个对角上，L型垫板311的垫板横板与气体分配板312的长度相同，L型垫板311的垫板竖板长度小于气体分配板312的长度，垫板竖板与另一L型垫板311的垫板横板之间设有气体缺口。

第一电池单元2的连接体一23底部与第二电池单元3的密封条21连接，L型垫板311与密封条21形状和数量相同，实现对第一电池单元2和第二电池单元3的密封，避免燃料和空气溢出。

燃料单元的两个气体缺口分别为燃料进气口313和燃料出气口314，空气单元的两个气体缺口分别为空气进气口315和空气出气口。燃料进气口313与空气进气口315之间的夹角为90°，燃料进气口313与燃料出气口314之间的夹角为180°，燃料出气口314与空气出气口之间的夹角为90°。空气与燃料的流动方向不同，使电堆内部温度均匀。

连接体一23的燃料进气口313与连接体二31的燃料出气口314处于同一侧，连接体一23的空气出气口与连接体二31的空气进气口315处于同一侧。位置的设置，使得燃料和空气均可被分为两个单独的流动路径。

密封框9与侧盖一5、侧盖二6的侧壁形状相同，密封框9底部均与底座4侧壁连接，密封框9顶部均与上盖板1侧壁连接。

密封条21与L型垫板311形状相同，密封条21与L型垫板311连接，密封条21与L型垫板311数量相同。

因此，本发明采用上述结构的一种平板式阳极支撑SOFC混合堆叠的电堆结构，在堆叠方向上燃料和空气间隔对向流动，实现了高均匀度的电堆温度分布，能够有效提升电堆功率，延长电堆的使用寿命。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种平板式阳极支撑SOFC混合堆叠的电堆结构，其特征在于：电堆主体由上至下包括上盖板、若干间隔堆叠的第一电池单元和第二电池单元、底座，电堆主体侧壁均通过密封框依次与侧盖一、侧盖二、侧盖三和侧盖四连接，第一电池单元由上至下依次设有密封条、单电池、密封条和连接体一，第二电池单元由上至下依次设有密封条、单电池、密封条和连接体二，侧盖一的俯视截面呈C型结构，侧盖一与侧盖三结构相同，侧盖一中央顶部设有燃料进气孔一和燃料出气孔一，燃料进气孔一与燃料进气腔一连通，燃料出气孔一与燃料出气腔连通，侧盖二与侧盖四结构相同，侧盖二中央顶部设有空气进气孔二和空气出气孔二，空气进气孔二与空气进气腔二连通，空气出气孔二与空气出气腔连通。

2.根据权利要求1所述的一种平板式阳极支撑SOFC混合堆叠的电堆结构，其特征在于：连接体一与连接体二结构相同，连接体二由上至下依次设有燃料单元、中间板和空气单元，燃料单元与空气单元结构相同，燃料单元的两个L型垫板对称设置在气体分配板的两个对角上，L型垫板的垫板横板与气体分配板的长度相同，L型垫板的垫板竖板长度小于气体分配板的长度，垫板竖板与另一L型垫板的垫板横板之间设有气体缺口。

3.根据权利要求2所述的一种平板式阳极支撑SOFC混合堆叠的电堆结构，其特征在于：燃料单元的两个气体缺口分别为燃料进气口和燃料出气口，空气单元的两个气体缺口分别为空气进气孔和空气出气口，燃料进气口与空气进气口之间的夹角为90°，燃料进气口与燃料出气口之间的夹角为180°，燃料出气口与空气出气口之间的夹角为90°。

4.根据权利要求3所述的一种平板式阳极支撑SOFC混合堆叠的电堆结构，其特征在于：连接体一的燃料进气口与连接体二的燃料出气口处于同一侧，连接体一的空气出气口与连接体二的空气进气口处于同一侧。

5.根据权利要求1所述的一种平板式阳极支撑SOFC混合堆叠的电堆结构，其特征在于：密封框与侧盖一、侧盖二的侧壁形状相同，密封框底部均与底座侧壁连接，密封框顶部均与上盖板侧壁连接。

6.根据权利要求2所述的一种平板式阳极支撑SOFC混合堆叠的电堆结构，其特征在于：密封条与L型垫板形状相同，密封条与L型垫板连接，密封条与L型垫板数量相同。