CN210006828U - 一种sofc的多电堆进排气系统及sofc - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种SOFC的多电堆进排气系统，包括进气部分和排气部分，所述进气部分包括进气稳压腔以及设置在所述进气稳压腔上的多个进气歧管，所述进气稳压腔用于与所述SOFC的供气管连通，且所述进气歧管的数量与所述SOFC中的电堆个数相等。由于各个进气歧管均与进气稳压腔连通，因而各个进气歧管的进气压力相等，这使得燃料气或氧气可以均匀分配至各个进气歧管内，各电堆的进气量基本可以保持一致，因此SOFC整体具有较高的发电功率，提高了SOFC的发电性能。本实用新型还公开了一种采用上述多电堆进排气系统的SOFC。

Description

一种SOFC的多电堆进排气系统及SOFC

技术领域

本实用新型涉及固体氧化物燃料电池技术领域，特别涉及一种SOFC的多电堆进排气系统及SOFC。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)作为燃料电池的一种，可以直接利用由化石能源、生物质能转化得到的碳氢化合物作为燃料，经过外部或内部重整反应以及电极内的电化学反应，将燃料的化学能转化为电能。

除了具备一般燃料电池的高效率、低污染等一些基本特性外。SOFC因使用的电解质为固体而得名，其单电池具有“三明治”结构，主要由三部分构成，即多孔阳极层、致密电解质层和多孔阴极层。电解质的主要作用是在氧分压的作用下，将O^2-持续地从阴极输送到阳极，阴极作为O^2-供体，其反应过程是空气中的O₂在电极催化作用下与外电路输运过来的电子相结合形成。

燃料气和氧化气则分别从连接板两面的气道中交叉流过，由于目前的SOFC是由多个电堆组成，通常为2～6个，如果各电堆的进气分部不均匀，则会导致部分电堆内缺少氧气或者燃料气，SOFC整体的的发电功率下降，影响SOFC的性能，甚至影响电堆的寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种SOFC的多电堆进排气系统，以期能够使各电堆的进气更加均匀，从而保证SOFC整体具有较高的发电功率，提高SOFC的性能。

本实用新型的另一目的还在于提供一种采用上述多电堆进排气系统的SOFC。

为达到上述目的，本实用新型提供的SOFC的多电堆进排气系统，包括进气部分和排气部分，所述进气部分包括进气稳压腔以及设置在所述进气稳压腔上的多个进气歧管，所述进气稳压腔用于与所述SOFC的供气管连通，且所述进气歧管的数量与所述SOFC中的电堆个数相等或为所述电堆个数的整数倍。

优选的，所述进气稳压腔包括多个进气腔节段和连接相邻两个所述进气腔节段的进气波纹缓冲管，所述进气歧管至少分布于两个不同的所述进气腔节段上。

优选的，所述SOFC的供气管通过其中一个所述进气腔节段与所述进气稳压强连通。

优选的，任意一所述进气歧管均包括与所述进气稳压腔相连的第一进气节段和用于与所述电堆相连的第二进气节段，所述第一进气节段和所述第二进气节段通过进气波纹缓冲管相连。

优选的，所述SOFC中的电堆个数为n，任意一所述电堆的进气流量为v₁，所述进气稳压腔的体积为V_j，则V_j＝K₁×v₁×n，其中，n≥2，0.5≤K₁≤1.5。

优选的，所述排气部分包括排气稳压腔以及设置在所述排气稳压腔上的多个排气歧管，所述排气歧管的一端与所述排气稳压腔连通，另一端用于与所述SOFC的电堆的排气口连通，所述排气稳压腔与所述SOFC的排气管连通，且所述排气稳压腔包括多个排气腔节段和连接相邻两个所述排气腔节段的排气波纹缓冲管，所述排气歧管至少分布于两个不同的所述排气腔节段上。

优选的，所述排气部分包括两个对称设置的所述排气稳压腔，所述排气歧管分布在两个所述排气稳压腔上，两个所述排气稳压腔通过汇总管连通，所述汇总管与所述SOFC的排气管连通，且所述汇总管与两个所述排气稳压腔之间均设置有所述排气波纹缓冲管。

优选的，所述排气部分包括排气稳压腔以及设置在所述排气稳压腔上的多个排气歧管，任意一所述排气歧管均包括与所述排气稳压腔相连的第一排气节段和用于与所述电堆相连的第二排气节段，所述第一排气节段和所述第二排气节段通过排气波纹缓冲管相连。

优选的，所述SOFC中的电堆个数为n，任意一所述电堆的排气流量为v₂，所述排气稳压腔的体积为V_p，则V_p＝K₂×v₂×n，其中，n≥2，0.5≤K₁＜K₂≤1.5。

本实用新型中所公开的SOFC具有多个电堆和与电堆配合的多电堆进排气系统，并且该多电堆进排气系统为上述任意一项所公开的多电堆进排气系统。

本实用新型中所公开的多电堆进排气系统中，其进气部分设置了进气稳压腔，燃料气或氧气首先进入到进气稳压腔内，然后再从进气稳压腔分配至各个进气歧管中，由于各个进气歧管均与进气稳压腔连通，因而各个进气歧管的进气压力相等，这使得燃料气或氧气可以均匀分配至各个进气歧管内，各电堆的进气量基本可以保持一致，因此SOFC整体具有较高的发电功率，提高了SOFC的发电性能。

本实用新型中所公开的SOFC中由于采用了上述多电堆进排气系统，因此该SOFC兼具上述多电堆进排气系统相应的技术优点，本文中对此不再进行赘述。

附图说明

图1为本实用新型一种实施例中所公开的进气部分的结构示意图；

图2为本实用新型另一种实施例中所公开的进气部分的结构示意图；

图3为本实用新型一种实施例中所公开的排气部分的结构示意图；

图4为本实用新型另一种实施例中所公开的排气部分的结构示意图；

图5为各电堆的实际进气量与设定值之间的偏差量示意图；

图6为各电堆的空气进口的进气温度分布示意图。

其中，1为进气稳压腔，2为进气歧管，3为进气波纹缓冲管，4为供气管，5为排气稳压腔，6为排气歧管，7为排气波纹缓冲管，8为汇总管，9为排气管。

具体实施方式

本实用新型的核心之一是提供一种SOFC的多电堆进排气系统，以期能够使各电堆的进气更加均匀，从而保证SOFC整体具有较高的发电功率，提高SOFC的性能。

本实用新型的另一核心还在于提供一种采用上述多电堆进排气系统的SOFC。

请结合图1至图4进行理解，本实施例中所公开的SOFC的多电堆进排气系统，包括进气部分和排气部分，当然，进气部分包括燃料气进气部分和空气(或氧气)进气部分，燃料进气部分和空气进气部分的结构相同并均可称之为进气部分，在本实施例中，进气部分具体包括进气稳压腔1和多个进气歧管2，进气歧管2的数量与SOFC的电堆的个数相等，当然，若一个电堆设置有两个或者多个进气歧管2，则进气歧管2的数量为SOFC的电堆个数的整数倍，本实用新型中以进气歧管2的数量和电堆个数相同为例来进行描述，进气歧管2一端与进气稳压腔1连通，另一端与电堆的进气口连通，进气稳压腔1用于与SOFC的供气管4连通。

上述实施例中所公开的多电堆进排气系统中，其进气部分设置了进气稳压腔1，燃料气或氧气首先进入到进气稳压腔1内，然后再从进气稳压腔1分配至各个进气歧管2中，由于各个进气歧管2均与进气稳压腔1连通，因而各个进气歧管2的进气压力相等，这使得燃料气或氧气可以均匀分配至各个进气歧管2内，各电堆的进气量基本可以保持一致，因此SOFC整体具有较高的发电功率，提高了SOFC的发电性能。

在一种实施例中，进气稳压腔1具体包括多个进气腔节段和连接相邻两个进气腔节段的进气波纹缓冲管3，如图1中所示，进气歧管2至少分布于两个不同的进气腔节段上。这使得不同的进气歧管2之间具有了柔性缓冲，在安装过程中进气歧管2的位置调整变得更加便捷，同时进气波纹缓冲管3还可以为进气歧管2位置因热膨胀导致的形变和冲击提供缓冲量。

在图1所展示的实施例中共有6个进气歧管2，这6个进气歧管2均为直管，本领域技术人员能够理解的是，若电堆的数量改变时，进气歧管2的数量将产生相应变化，并且进气歧管2可根据进气道的布置采用直管或弯管设计。

进气稳压腔1的形状实际不受限制，考虑到生产或采购的便利性，本实施例中的进气稳压腔1采用圆柱形设计，SOFC的供气管4可以与进气稳压腔1的端部连通，或者与其中的一个进气节段连通，图1展示的实施例中SOFC的供气管4通过其中一个进气腔节段与进气稳压腔1连通。

在另外一个实施例中，与进气稳压腔1相连的任意一个进气歧管2均包括第一进气节段和第二进气节段，第一进气节段与进气稳压腔1相连，第二进气节段与电堆相连，并且第一进气节段和第二进气节段通过进气波纹缓冲管3相连，如图2中所示。该种设计使得进气歧管2具有了柔性缓冲，在安装过程中进气歧管2的位置调整变得更加便捷，同时进气波纹缓冲管3还可以为进气歧管2位置因热膨胀导致的形变和冲击提供缓冲量。

进气稳压缓冲腔的体积设计需要与进气歧管2的流量相关联，以便能够尽量提高进气歧管2进气的均匀性，同时降低进气压力损失，在本实施例中，SOFC中的电堆数量为n，任意一个电堆的进气流量为v₁，进气稳压腔1的总体积为V_j，则V_j＝K₁×v₁×n，其中，n≥2，0.5≤K₁≤1.5。

一种实施例中，所公开的多电堆进排气系统中，还对排气部分进行了改进，排气部分具体包括排气稳压腔5以及设置在排气稳压腔5上的多个排气歧管6，排气歧管6的一端与排气稳压腔5连通，另一端用于与SOFC的电堆的排气口连通，排气稳压腔5与SOFC的排气管9连通，排气稳压腔5也包括多个排气腔节段和连接相邻两个排气腔节段的排气波纹缓冲管7，排气歧管6至少分布于不同的排气腔节段上。

排气稳压腔5一方面起到对排气进行收集的作用，另一方面确保排气时的背压稳定，不会影响和干扰进气，由于排气歧管6均连通于排气稳压腔5中，因此各个电堆的排气背压均匀一致，这使得各个电堆的排气均匀性更趋向于一致，从而进一步提高各个电堆的进气均匀性，保证SOFC的整体发电性能，排气波纹缓冲管7使得不同的排气歧管6之间具有了柔性缓冲，在安装过程中排气歧管6的位置调整变得更加便捷，同时排气波纹缓冲管7还可以为排气歧管6位置因热膨胀导致的形变和冲击提供缓冲量。

根据设计的不同，排气部分可能包括多个排气稳压腔5，在本实施例中，排气部分具体包括两个对称设置的排气稳压腔5，排气歧管6分布在这两个排气稳压腔5上，图3中所示的实施例中排气歧管6为六个，这六个排气歧管6可对称分布在两个排气稳压腔5上，当然，若排气歧管6的数量为奇数时，排气歧管6在两个排气稳压腔5上也可呈非对称形式分布，两个排气稳压腔5通过汇总管8连通，汇总管8再与SOFC的排气管9连通，为了进一步提高排气部分的抗热冲击能力，本实施例中还在汇总管8与两个排气稳压腔5之间均设置了排气波纹缓冲管7，如图3中所示。

请参考图4，在另一实施例中，排气部分具体包括排气稳压腔5以及设置在排气稳压腔5上的多个排气歧管6，任意一排气歧管6均包括与排气稳压腔5相连的第一排气节段和用于与电堆相连的第二排气节段，第一排气节段和第二排气节段通过排气波纹缓冲管7相连。该种设计使得排气歧管6具有了柔性缓冲，在安装过程中排气歧管6的位置调整变得更加便捷，同时排气波纹缓冲管7还可以为排气歧管6位置因热膨胀导致的形变和冲击提供缓冲量，在本实施例的基础上，若排气稳压腔5包括两个，并且两个排气稳压腔5通过汇总管8相连时，汇总管8与任意一排气稳压腔5之间也设置有排气波纹缓冲管7，如图4中所示。

更进一步的，SOFC中电堆的数量为n，任意一电堆的排气流量为v₂，所述排气稳压腔5的总体积(多个排气稳压腔5的总和)为V_p，则V_p＝K₂×v₂×n，其中，n≥2，0.5≤K₁＜K₂≤1.5，该种设计使得各个电堆的排气背压更加均匀一致。

采用实用新型中所公开的多电堆进排气系统后，申请人通过流体动力学仿真计算(利用STAR-CCM+软件)，得出各电堆的空气实际进气量与设定偏差值之间的示意图如图5(纵坐标为百分比)中所示，这些偏差值均在设计允许的范围内(偏差值在3％以内)；各电堆的空气进口温度的示意图如图6(纵坐标单位为℃)，均在理想温度(624℃～634℃)范围内，进气压力损失不大于2mbar。

在本实用新型实施例中，波纹缓冲管以及其他各种关键可采用不锈钢制造，例如不锈钢316L或者更高牌号的不锈钢，当然，在生产成本允许的情况下，还可以采用更为优质的镍铬合金。

除此之外，本实用新型还公开了一种SOFC，该SOFC具有多个电堆和与电堆配合的多电堆进排气系统，该多电堆进排气系统为上述任意一实施例中所公开的多电堆进排气系统。

由于采用了上述多电堆进排气系统，因此该SOFC兼具上述多电堆进排气系统相应的技术优点，本文中对此不再进行赘述。

以上对本实用新型所提供的SOFC的多电堆进排气系统及SOFC进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种SOFC的多电堆进排气系统，包括进气部分和排气部分，其特征在于，所述进气部分包括进气稳压腔(1)以及设置在所述进气稳压腔(1)上的多个进气歧管(2)，所述进气稳压腔(1)用于与所述SOFC的供气管(4)连通，且所述进气歧管(2)的数量与所述SOFC中的电堆个数相等或为所述电堆个数的整数倍。

2.根据权利要求1所述的多电堆进排气系统，其特征在于，所述进气稳压腔(1)包括多个进气腔节段，和连接相邻两个所述进气腔节段的进气波纹缓冲管(3)，所述进气歧管(2)至少分布于两个不同的所述进气腔节段上。

3.根据权利要求2所述的多电堆进排气系统，其特征在于，所述SOFC的供气管(4)通过其中一个所述进气腔节段与所述进气稳压腔(1)连通。

4.根据权利要求1所述的多电堆进排气系统，其特征在于，任意一所述进气歧管(2)均包括与所述进气稳压腔(1)相连的第一进气节段和用于与所述电堆相连的第二进气节段，所述第一进气节段和所述第二进气节段通过进气波纹缓冲管(3)相连。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的多电堆进排气系统，其特征在于，所述SOFC中的电堆个数为n，任意一所述电堆的进气流量为v₁，所述进气稳压腔(1)的体积为V_j，则V_j＝K₁×v₁×n，其中，n≥2，0.5≤K₁≤1.5。

6.根据权利要求5所述的多电堆进排气系统，其特征在于，所述排气部分包括排气稳压腔(5)以及设置在所述排气稳压腔(5)上的多个排气歧管(6)，所述排气歧管(6)的一端与所述排气稳压腔(5)连通，另一端用于与所述SOFC的电堆的排气口连通，所述排气稳压腔(5)与所述SOFC的排气管(9)连通，且所述排气稳压腔(5)包括多个排气腔节段和连接相邻两个所述排气腔节段的排气波纹缓冲管(7)，所述排气歧管(6)至少分布于两个不同的所述排气腔节段上。

7.根据权利要求6所述的多电堆进排气系统，其特征在于，所述排气部分包括两个对称设置的所述排气稳压腔(5)，所述排气歧管(6)分布在两个所述排气稳压腔(5)上，两个所述排气稳压腔(5)通过汇总管(8)连通，所述汇总管(8)与所述SOFC的排气管(9)连通，且所述汇总管(8)与两个所述排气稳压腔(5)之间均设置有所述排气波纹缓冲管(7)。

8.根据权利要求5所述的多电堆进排气系统，其特征在于，所述排气部分包括排气稳压腔(5)以及设置在所述排气稳压腔(5)上的多个排气歧管(6)，任意一所述排气歧管(6)均包括与所述排气稳压腔(5)相连的第一排气节段和用于与所述电堆相连的第二排气节段，所述第一排气节段和所述第二排气节段通过排气波纹缓冲管(7)相连。

9.根据权利要求6-8任意一项所述的多电堆进排气系统，其特征在于，所述SOFC中的电堆个数为n，任意一所述电堆的排气流量为v₂，所述排气稳压腔(5)的体积为V_p，则V_p＝K₂×v₂×n，其中，n≥2，0.5≤K₁＜K₂≤1.5。

10.一种SOFC，具有多个电堆和与所述电堆配合的多电堆进排气系统，其特征在于，所述多电堆进排气系统为如权利要求1-9任意一项所述的多电堆进排气系统。

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