CN220731583U - 一种电化学能量转换装置及包括其的发电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电化学领域，公开了一种电化学能量转换装置及包括其的发电装置，一种电化学能量转换装置包括均温罩、电堆组、绝缘部件、第二流体进气管道和第二流体出气管道，电化学能量转换装置反应过程中所需的第一流体无需通过第一流体管道进行输入和排出，简化了电化学能量转换装置整体结构，使得检修和拆装电堆更为方便；其次，由于均温罩的存在，排出的第一流体可以充分跟均温罩的罩体接触并通过罩体将热量传导至第一腔体，从而可对电化学能量转换装置内部的第一流体实现良好的均温效果，使进入均温罩的第一流体与参与反应后排出均温罩的第一流体具有接近或是相同的温度，进而减小第一腔体和第二腔体之间的温差，抑制了局部热膨胀导致的电堆性能衰减及损坏。
Description
技术领域
本实用新型涉及电化学技术领域，特别是涉及一种电化学能量转换装置及包括其的发电装置。
背景技术
电能与化学能之间的相互转换通过各式各样的电化学能量转换装置来实现，例如燃料电池和电解池，常见的燃料电池包括碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)等，常见的电解池包括碱性电解池(AWE)、质子交换膜水电解池(PEMWE)、阴离子交换膜水电解池(AEMWE)以及固体氧化物电解池(SOEC)等。
其中固体氧化物燃料电池(SOFC)和固体氧化物电解池(SOEC)可以统称为固体氧化物电池(SOC)，固体氧化物电池(SOC)是先进的电化学能量存储和转换装置，在清洁能源发电及CO2转化领域都有着广泛的应用前景。固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种可以把燃料和氧化剂中储存的化学能直接转化成电能的能量转换装置。其具有较高的工作温度，通常在700～1000℃范围内，所以在发电的同时可以利用它的余热来实现热电联供，能量利用效率可高达90％。固体氧化物电解池(SOEC)是一种将电能和热能转化为化学能的电化学能量转换装置，其反应是固体氧化物燃料电池的逆反应。作为当今电解水制氢的主要技术路线之一，SOEC通常在700-850℃下运行，电解效率高达85％～95％。
现有的电化学能量转换装置通常具有多个按照一定分布形式设置的电堆，然而，现有的电化学能量转换装置的电堆通常是通过气体管道引入和排出气流，整体管道结构复杂，不利于检修和更换电堆，且引入和排出的气体之间存在一定的温差，内部温度不均，导致的局部热膨胀会使电堆性能迅速衰减，甚至造成电堆损坏。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种电化学能量转换装置。
为了实现上述目的，本实用新型的第一方面提供了一种电化学能量转换装置，其包括：
均温罩，其内部形成有容纳腔，所述均温罩由导热材料制成，所述均温罩具有第一流体进气口和第一流体排气口；
由至少一个电堆排列而成的电堆组，设置于所述容纳腔内，所述电堆形成有第一流体流道；
绝缘部件，设置于所述电堆组和所述均温罩之间；
其中，所述电堆组和所述绝缘部件共同将所述容纳腔分隔成多个腔体，所述多个腔体包括第一腔体和第二腔体，所述第一腔体与所述第一流体进气口相连通，所述第二腔体与所述第一流体排气口相连通，所述第一腔体和所述第二腔体通过所述第一流体流道相连通。
在本申请的一些实施例中，所述均温罩的导热系数为1～40W/m·k。
在本申请的一些实施例中，所述均温罩选自SUS 310S、SUS 310、SUS 444、SUS430、SUS 316中的一种或多种材料制成。
在本申请的一些实施例中，所述绝缘部件的导热系数为1～30W/m·k。
在本申请的一些实施例中，所述均温罩包含围成所述容纳腔的多个壁面，记开设有所述第一流体进气口的壁面的面积为B，所述第一流体进气口的面积为A，A/B＝0.01～0.95。
在本申请的一些实施例中，记所述电堆组的底面与所述均温罩的内底面之间的距离为C，所述电堆组的顶面与所述均温罩的内顶面之间的距离为D，所述电堆组的侧面与所述均温罩相对应的内侧面之间的距离为E，所述绝缘部件的厚度为F，则C/F＝1～4，D/F＝1～4，E/F＝1～2。
可以理解的，所述电堆组的侧面与所述腔体不相互对应；所述电堆具有与所述腔体对应的主面，所述第一流体流道的出口和进口位于主面上。
在本申请的一些实施例中，还包括密封棉，所述密封棉设置于所述绝缘部件和所述均温罩之间。
在本申请的一些实施例中，所述均温罩设置有第二流体进气孔和第二流体出气孔；
所述电化学能量转换装置还包括第二流体进气管道和第二流体出气管道；
所述第一腔体内设置有所述第二流体进气管道，所述第二流体进气管道通过所述第二流体进气孔与所述均温罩相连接，且所述第二流体进气通道与所述电堆相连接；
所述第二腔体内设置有所述第二流体出气管道，所述第二流体出气管道通过所述第二流体出气孔与所述均温罩相连接，且所述第二流体出气通道与所述电堆相连接。
在本申请的一些实施例中，所述均温罩包括端面，所述第一腔体在所述端面上的投影面为N1，所述投影面N1的长边为L1，所述投影面N1的短边为W1，所述第二流体进气管道的轴线在所述端面上的投影点为O1，O1点与所述长边L1之间的距离为X1，则0.1W1≤X1≤0.9W1；
和/或，
所述均温罩包括端面，所述第二腔体在所述端面上的投影面为N2，所述投影面N2的长边为L2，所述投影面N2的短边为W2，所述第二流体出气管道的轴线在所述端面上的投影点为O2，O2点与所述长边L2之间的距离为X2，则0.1W2≤X2≤0.9W2。
在本申请的一些实施例中，所述均温罩包括端面，所述第一腔体在所述端面上的投影面为N1，所述投影面N1的短边为W1，所述投影面N1的最长的对角线长度为Z1，所述第二流体进气管道的轴线在所述端面上的投影点为O1，所述第一流体进气口的中心点在所述端面上的投影为P1点，所述P1点与所述O1点之间的距离为Y1，则0.1W1≤Y1≤0.85Z1；
和/或，
所述均温罩包括端面，所述第二腔体在所述端面上的投影面为N2，所述投影面N2的短边为W2，所述投影面N2的最长的对角线长度为Z2，所述第二流体出气管道的轴线在所述端面上的投影点为O2，所述第一流体排气口的中心点在所述端面上的投影为P2点，所述P2点与所述O2点之间的距离为Y2，则0.1W2≤Y2≤0.85Z2。
在本申请的一些实施例中，所述电堆组包含复数个电堆，至少部分相邻的两个电堆串联设置，且串联设置的两个电堆的正负极反向设置，相邻的两个所述电堆之间设置有所述绝缘部件。
可以理解的，同一排电堆组中相邻的两个电堆之间不形成所述腔体，不同排电堆组之间可形成所述腔体。
在本申请的一些实施例中，所述第二流体进气管道和所述第二流体出气管道上均设置有绝缘段。
在本申请的一些实施例中，还包括引电组件，所述引电组件包括导电部和电连接部，所述导电部设置于所述绝缘部件和所述电堆组之间，并与所述电堆组电连接，所述电连接部穿过所述均温罩和所述绝缘部件，并与所述导电部相连接。
本实用新型提供一种电化学能量转换装置，与现有技术相比，其有益效果在于：
本实用新型提供的电化学能量转换装置包括均温罩、含有至少一个电堆的电堆组和绝缘部件，均温罩、电堆组以及绝缘部件互相配合从而在均温罩内部形成包括第一腔体和第二腔体在内的多个腔体，电化学能量转换装置反应所需的第一流体通过第一流体进气口进入第一腔体内，随后流入第一流体流道内并进入电堆中每一个单电池中进行反应，反应后的阴极尾气通过第一流体流道流入第二腔体，随后通过第一流体排气口排出，也即，电化学能量转换装置反应所需的第一流体无需通过第一流体管道进行输入和排出，简化了电化学能量转换装置整体结构，使得检修和拆装电堆更为方便；其次，均温罩对电化学能量转换装置整体进行了密封，形成了良好的密封环境，防止了第一流体或第二流体的泄露，电堆单元排出的第一流体温度高于输入的第一流体的温度，由于均温罩的存在，排出的第一流体可以充分跟均温罩的罩体接触并通过罩体将热量传导至第一腔体，从而可对电化学能量转换装置内部的第一流体实现良好的均温效果，使进入均温罩的第一流体与参与反应后排出均温罩的第一流体具有接近或是相同的温度，进而减小第一腔体和第二腔体之间的温差，抑制了局部热膨胀导致的电堆性能衰减及损坏。
附图说明
图1为本实用新型实施例的电化学能量转换装置的整体结构示意图；
图2为本实用新型实施例的电化学能量转换装置的结构示意图；
图3为本实用新型实施例的电化学能量转换装置的仰视示意图；
图4为本实用新型实施例的电化学能量转换装置的俯视示意图；
图5为图4中沿X-X方向的剖视示意图；
图6为本实用新型实施例的电化学能量转换装置(省去部分均温罩)的结构示意图；
图7为本实用新型实施例的电化学能量转换装置(省去部分均温罩)的正视结构示意图；
图8为图7中沿Y-Y方向的剖视示意图；
图9为图7中沿Z-Z方向的剖视示意图。
图中：1、均温罩；11、第一流体进气口；12、第一流体排气口；13、第一腔体；14、第二腔体；15、端面；16、第二流体进气孔；17、第二流体出气孔；200、电堆组；20、电堆；2、电堆单元；21、电堆单元顶板；22、多个单电池；23、电堆单元底板；3、绝缘部件；4、密封棉；5、第二流体进气管道；6、第二流体出气管道；61、流体均分装置；71、导电部；72、电连接部。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要理解的是，在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，也即，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。此外，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本申请的描述中，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申请中的具体含义。
如图1、图6和图7所示，本实用新型实施例提供了一种电化学能量转换装置，其包括均温罩1、电堆组200和绝缘部件3。
参见图2和图3，均温罩1内部形成有容纳腔，均温罩1由导热材料制成，均温罩1具有第一流体进气口11和第一流体排气口12，优选地，第一流体进气口11和第一流体排气口12设置于均温罩1的同一端面15上，当然，第一流体进气口11和第一流体排气口12也可在不同的端面15上设置，或者设置于均温罩1的侧面。优选地，选自SUS 310S、SUS 310、SUS 444、SUS 430、SUS 316中的一种或多种不锈钢材料制成。
为了更好的实现均温罩1所起到的均温效果，可选地,在本实施例中，均温罩1的导热系数为1～40W/m·k。在发电工况下，若均温罩1的导热系数小于1W/m·k时，均温罩1的第一流体排气口12附近的热量无法及时地传递到均温罩1的第一流体进气口11处，使得均温罩1进出口处及电堆单元2进出口的温差增大，导致电堆单元2的使用寿命减少；在发电工况下，若均温罩1的导热系数大于40W/m·k时，则电化学能量转换装置的热量会过多地释放到周围的环境中，此时需要更多的热量来维持电化学能量转换装置运行，增大了整个电化学能量转换装置系统的能耗。同时，若采取多电化学能量转换装置紧凑连接的排列方式，相近的电化学能量转换装置温度场会相互影响，增加了电化学能量转换装置运行异常的风险。
参见图7，电堆组200设置于容纳腔内，电堆组200由两个电堆20排列而成，电堆20形成有第一流体流道(图中未示出)。具体而言，电堆单元2包括电堆单元底板23、多个单电池22和电堆单元顶板21，单电池排列设置于电堆单元底板和电堆单元顶板之间，并与二者相连接。多个电堆单元2通过上下层叠设置形成电堆20，电堆20也可由单个电堆单元2构成。电堆单元底板23和电堆单元顶板21一方面有利于电化学能量转换装置系统组装时的定位，另一方面可以保护电堆单元2的整体结构。此外，电堆单元底板23或电堆单元顶板21上可设置导气孔来促使第二流体通给各个单电池并进行反应。
应当理解的是，在SOFC中第一流体为空气，第二流体为燃气，SOEC中第一流体为空气，第二流体为水蒸气。SOEC中通入空气的目的是为反应开始时提供一定的氧分压，并在反应过程中降低电化学能量转换装置中的氧分压，促使反应的顺利进行，同时降低电化学能量转换装置中反应过程的温度。
可选地，参见图7，在本实施例中，电堆单元底板23、电堆单元顶板21与均温罩1使用相同的材料制成。电化学能量转换装置通常在800-1000℃下运行，该工作温度下金属会发生热膨胀，若是均温罩1的材料与电堆单元顶板21、电堆单元底板23以及连接部件等所使用的材料不一致，将会造成两者间热膨胀不匹配现象，具体地，若电堆单元顶板21、电堆单元底板23以及连接部件的膨胀系数大于均温罩1膨胀系数，则电堆20会冲顶均温罩1，导致后者的变形。若电堆单元顶板21、电堆单元底板23以及连接部件的膨胀系数小于均温罩1膨胀系数，则均温罩1与电堆间的缝隙随着温度的升高逐渐增大，其中的密封结构会因此失效，导致更多的反应气体不流经电堆20而直接往反应气体出口方向串流，严重时电堆20会因反应气体含量不足而受到损坏。
可选地，参见图6，在本实施例中，电堆组200设为多个并包含至少两个电堆20，相邻的两个电堆20串联设置，且串联设置的两个电堆20的正负极反向设置，以使电堆20的正负极引线可位于同一侧，简化了电化学能量转换装置设计，便于后续测试及系统装配。具体而言，两个及以上的电堆20可通过导电板或导电线进行电串联，优选使用导电板。由于SOC的运行温度很高，且电池组的正负极处于高温区域，若采用导电线来实现两个电堆20之间的电接触时，导电线易在高温下出现氧化、断裂等失效行为，因此优选使用导电板来实现两个电堆20之间的电接触。
可选地，参见图7，在本实施例中，相邻的两个电堆20之间设置有绝缘部件3。电化学能量转换装置中相邻的电堆距离较近，若不在电堆之间设置绝缘部件3，则极易发生电击穿导致的短路等故障，同时该绝缘部件3也是在均温罩1中形成第一腔体13和第二腔体14的必要组件，否则第一流体可以直接从两电堆20之间流过，导致电堆中无法发生反应或反应效率极低。
应当理解的是，电化学能量转换装置中的腔体的个数与电堆组的排数有关，如当电化学能量转换装置中有两个电堆20位于一排时，两电堆20正负极反向设置且存在电串联，电化学能量转换装置内部存在一个第一腔体13及一个第二腔体14，电化学能量转换装置反应所需的第一流体通过均温罩1上的设置的第一流体进气口11进入第一腔体13内，随后流入两电堆20中的第一流体流道内并进入两电堆20中每一个单电池中进行反应，反应后的阴极尾气通过两电堆20中的第一流体流道流入第二腔体14，随后通过第一流体排气口12排出电化学能量转换装置；当电化学能量转换装置中有大于两个的偶数个电堆20时且处于同一排时，这些电堆20可为全部电串联，仅于同侧引出正负极两条线，此外这些大于两个的偶数个电堆20也可两两串联或部分串联，然后从同侧引出多条线，在上述情况下，电化学能量转换装置中仍存在第一腔体13及第二腔体14两个腔体。
而当电化学能量转换装置中的电堆组存在两排甚至更多排时，则腔体的数量和不小于3，相邻两电堆组之间形成中间腔，中间腔也可作为用作进气第一腔体13或用作排气的第二腔体14。
可选地，如图5所示，在本实施例中，电化学能量转换装置还包括引电组件，引电组件包括导电部71和电连接部72，导电部71即为上述的导电板，其设置于绝缘部件3和电堆组200之间，并与电堆组200电连接，电连接部72穿过均温罩1和绝缘部件3，并与导电部71相连接。本实用新型的电化学能量转换装置包含两个及以上的电堆，不但结构紧凑，内部空间利用率高，同时提高了电化学能量转换装置整体的发电效率，并且每两个电堆可通过导电板实现电导通，有利于将电化学能量转换装置所产生的电能通过同一方向引出，使整体布局结构更为合理。
参见图5，绝缘部件3设置于电堆组200和均温罩1之间，其包括陶瓷、玻璃、橡胶、云母中的一种或多种绝缘材料制成。电化学能量转换装置在工作时会产生高电压及高电流，在均温罩1与电堆组200之间设置绝缘部件3可防止电堆组200漏电造成安全事故，至少一个电堆组200的顶部、底部以及靠近均温罩1的侧面距离均温罩1较近，因此将绝缘部件3覆盖在电堆组200的顶部、底部和/或侧面，可以防止漏电等安全事故的发生。
为了更好的实现均温效果，可选地,在本实施例中，绝缘部件3的导热系数为1～30W/m·k。若绝缘部件3的导热系数小于1W/m·k时，电堆组200侧面、底面和/或顶面的温度无法及时地传递出电堆组200，导致该处局部温度升高，增加电堆失效的风险；若绝缘部件3的导热系数大于30W/m·k时，由于电堆组侧面与外罩短边距离较近，热量传递的速率较快，实验表明，将导致该处发生热膨胀变形。
参见图8，由两个电堆20组成的电堆组200和绝缘部件3共同将容纳腔分隔为第一腔体13和第二腔体14，第一腔体13与第一流体进气口11相连通，第二腔体14与第一流体排气口12相连通，第一腔体13和第二腔体14通过第一流体流道相连通。当然，也可为两排电堆组及相应的绝缘部件3将容纳腔分隔为三个腔体，或者多排电堆组及相应的绝缘部件3将容纳腔分隔为多个腔体。
基于上述结构，均温罩1、电堆组200以及绝缘部件3互相配合从而在均温罩1内部形成了第一腔体13和第二腔体14，电化学能量转换装置反应所需的第一流体通过第一流体进气口11进入第一腔体13内，随后流入电堆20中的第一流体流道内并进入电堆20中每一个单电池中进行反应，反应后的阴极尾气通过电堆20中的第一流体流道流入第二腔体14，随后通过第一流体排气口12排出，当有多排电堆组将容纳腔分隔成含有中间腔体的多个腔体时，第一流体在进入第二腔体14前可经过上述中间腔体，也即，电化学能量转换装置反应所需的第一流体无需通过第一流体管道进行输入和排出，简化了电化学能量转换装置整体结构，使得检修和拆装电堆20更为方便；其次，均温罩1对电化学能量转换装置整体进行了密封，形成了良好的密封环境，防止了第一流体或第二流体的泄露，电堆20排出的第一流体温度高于输入第一流体的温度，由于均温罩1的存在，排出的第一流体可以充分跟均温罩1的罩体接触并通过罩体将热量传导至第一腔体13，从而可对电化学能量转换装置内部的第一流体实现良好的均温效果，使进入均温罩1的第一流体与参与反应后排出均温罩1的第一流体具有接近或是相同的温度，进而减小第一腔体13和第二腔体14之间的温差，抑制了局部热膨胀导致的电堆性能衰减及损坏。
可选地，如图8所示，在本实施例中，所述均温罩包含围成所述容纳腔的多个壁面，记开设有所述第一流体进气口11的壁面的面积为B，所述第一流体进气口11的面积为A，A/B＝0.01～0.95。若A/B小于0.01，则进入电化学能量转换装置的第一流体流速较高，会导致气流倾向于给远离第一流体进气口11的电堆单元2供气，而靠近第一流体进气口11的电堆单元2的进气量会降低，影响电化学能量转换装置内第一流体分配的均一性，严重时还会引起靠近第一流体进气口11的电堆单元中第一流体过利用现象，损坏电堆单元；若是A/B大于0.95，则将会增加电化学能量转换装置与系统平台密封的难度。
可选地，如图3所示，在本实施例中，第一流体进气口11的形状可为矩形、圆形、三角形、平行四边形、正多边形等规则图形或不规则图形中的任意一种，优选具有圆形形状。第一流体进气口11的形状会对第一流体进入均温罩1时的速度造成影响，为了降低压损优选使用具有圆形的第一流体进气口11。
可选地，在本实施例中，记电堆组200的底面与均温罩1的内底面之间的距离为C，电堆组200的顶面与均温罩1的内顶面之间的距离为D，电堆组200的侧面与均温罩1相对应的内侧面之间的距离为E，绝缘部件3的厚度为F，则C/F＝1～4，D/F＝1～4，E/F＝1～2。以C/F为例(其他同理)，若C/F小于1，此时绝缘部件3厚度相对过大，增加了绝缘材料的使用成本，降低了经济效益，同时影响了其他组件与电堆组200的装配；若C/F大于4，此时绝缘部件3厚度相对过小，则在高温运行中，绝缘材料中的杂质离子会在电场的作用上逐渐往两端富集，绝缘能力随着工作时长的增加而降低，严重时会发生绝缘失效导致电堆组200与均温罩1间出现击穿现象。其中，当均温罩为矩形时，电堆组200的侧面为电堆组200靠近均温罩1短边所对应的侧面，电堆组200靠近均温罩短边所在的侧面与均温罩1相对应的内侧面之间只有绝缘部件和一些绝缘隔热填充物，因此其比值为1～2，电堆组顶面和底面和均温罩之间还具有一些其他部件如电连接板、引电板、导气组件等，因此其比值范围相对较大，达到1～4。
可选地，如图5所示，在本实施例中，电化学能量转换装置还包括密封棉4，密封棉4设置于绝缘部件3和均温罩1之间。基于此，在绝缘部件3与均温罩1之间塞入密封棉4一方面可以加强电化学能量转换装置整体的密封，防止第二流体和第一流体的泄露，另一方面则是填补绝缘部件3与均温罩1之间的空隙，防止绝缘部件3发生晃动和错位，并为电化学能量转换装置内的电堆组200提供一定的缓冲作用。
可选地，如图3和图9所示，在本实施例中，均温罩1设置有第二流体进气孔16和第二流体出气孔17。电化学能量转换装置还包括第二流体进气管道5和第二流体出气管道6。第一腔体13内设置有第二流体进气管道5，第二流体进气管道5通过第二流体进气孔16与均温罩1相连通，且第二流体进气管道与电堆20相连接，第二腔体14内设置有第二流体出气管道6，第二流体出气管道6通过第二流体出气孔17与均温罩1相连接，且第二流体出气管道道与电堆20相连接。第二流体进气管道5和第二流体出气管道6包括主体管道和多个分支管道，主体管道通过第二流体进气孔16/第二流体出气孔17与均温罩相连通，并通过各分支管道与电堆单元2中的第二流体流道相连。第二流体通过第二流体进气管道5的主体管道进入与主体管道相连的各个分支管道，然后通过各分支管道给电堆20中的各级电堆单元2输送第二流体，第二流体在电化学能量转换装置中参与反应后，通过第二流体出气管道6的各分支管道流入第二流体出气管道6的主体管道，并流出电化学能量转换装置。优选地，所述第二流体进气管道5和所述第二流体出气管道6上均设置有绝缘段。绝缘段位于第二流体管道中间，可使第二流体管道整体绝缘，大大提高了电化学能量转换装置发电系统的安全性能。
可选地，如图6所示，在本实施例中，分支管道设置有流体均分装置61，流体均分装置61内部具有第二流体排气通道和第二流体进气通道，电堆单元底板或电堆单元顶板具有电堆单元第二流体进入口和电堆单元第二流体排出口，第二流体排气通道与电堆单元第二流体进入口相连通，第二流体进气通道与电堆单元第二流体排出口相连通。优选地，流体均分装置61远离第二流体进气通道和第二流体排气通道的一端为密封结构。基于此，第二流体通过第二流体进气管道5的主体管道进入各流体均分装置61中，并通过流体均分装置61的第二流体排气通道进入电堆单元顶板或电堆单元底板中的电堆单元第二流体进入口，从而进入电堆单元中参与电化学能量转换装置反应，反应后的第二流体尾气通过电堆单元顶板或电堆单元底板中的电堆单元第二流体排出口进入流体均分装置61中的第二流体进气通道，并经由第二流体进气通道进入第二流体出气管道6的主体管道。流体均分装置61一端设置第二流体进气/排气通道，另一端完全密封的设计，可以保证通过流体均分装置61向每一级电堆单元中输送的第二流体量较为均匀，进而使进入每一个单电池中的第二流体量相差较小，提高了第二流体利用率。
可选地，如图8所示，在本实施例中，本实施例包括以下实施方式：
(1)均温罩1包括端面15，第二流体进气孔16开设于端面15上，第一腔体13在端面15上的投影面为N1，投影面N1的长边为L1，投影面N的短边为W1，第二流体进气管道5的轴线在端面15上的投影点为O1，O1点与长边L1之间的距离为X1，则0.1W1≤X1≤0.9W1；
(2)均温罩1包括端面15，第二流体出气孔17开设于端面15上，第二腔体14的腔壁在端面15上的投影面为N2，投影面N2的长边为L2，投影面N2的短边为W2，第二流体出气管道6的轴线在端面15上的投影点为O2，O2点与长边L2之间的距离为X2，则0.1W2≤X2≤0.9W2；
(3)均温罩1包括端面15，第二流体进气孔16和第二流体出气孔17均开设于端面15上，第一腔体13的腔壁在端面15上的投影面为N1，投影面N1的长边为L1，投影面N1的短边为W1，第二流体进气管道5的轴线在端面15上的投影点为O1，O1点与长边L1之间的距离为X1，则0.1W1≤X1≤0.9W1，第二腔体14的腔壁在端面15上的投影面为N2，投影面N2的长边为L2，投影面N2的短边为W2，第二流体出气管道6的轴线在端面15上的投影点为O2，O2点与长边L2之间的距离为X2，则0.1W2≤X2≤0.9W2。
第二流体管道由于通过流体均分装置61与电堆20之间形成了电连接，且电堆20与腔体相对的侧面没有设置绝缘部件3，因此需要考虑第二流体管道与第一腔体13、第二腔体14长边所在的面之间具有足够的安全距离。当X长小于0.1W或大于0.9W时，第二流体管道均距离第一腔体13、第二腔体14长边所在的面过近，易发生由于电击穿导致的短路现象。
可选地，如图8所示，在本实施例中，所述均温罩包括端面，所述第一腔体在所述端面上的投影面为N1，所述投影面N1的短边为W1，所述投影面N1的最长的对角线长度为Z1，所述第二流体进气管道的轴线在所述端面上的投影点为O1，所述第一流体进气口的中心点在所述端面上的投影为P1点，所述P1点与所述O1点之间的距离为Y1，则0.1W1≤Y1≤0.85Z1；
和/或，
所述均温罩包括端面，所述第二腔体在所述端面上的投影面为N2，所述投影面N2的短边为W2，所述投影面N2的最长的对角线长度为Z2，所述第二流体出气管道的轴线在所述端面上的投影点为O2，所述第一流体排气口的中心点在所述端面上的投影为P2点，所述P2点与所述O2点之间的距离为Y2，则0.1W2≤Y2≤0.85Z2。
本实用新型中第一流体通过第一流体进气口11入均温罩1内部后，以及从电堆20排出至第一流体排气口12的过程中，均对第二流体管道实现了包裹，因此可以大大减小通入电堆20以及排出电堆20时第一流体和第二流体的温差。Y等于0.1W时，即为第一腔体13、第二腔体14的中心与第二流体管道的中心理论上的最短距离，若Y小于0.1W，则第二流体管道距离均温罩1距离过近，易发生电击穿而导致漏电等安全事故的发生，若Y大于0.85Z，则第二流体管道与第一流体进气口11、第一流体排气口12的距离较远，导致第一流体与第二流体之间的均温效果变差，容易导致局部热膨胀。
可选地，在本实施例中，电化学能量转换装置还包括安装框架以及保温部，电化学能量转换装置系统中将多个电化学能量转换装置串联在一起可以实现更大的发电效率，同时由于电化学能量转换装置工作时所需要较高的温度，因此在电化学能量转换装置外侧放置保温部进行隔热，并在保温部外侧组装安装框架，将多个电化学能量转换装置以及保温部所组成的整体结构进行固定。基于此，通过这种布置可以保证电化学能量转换装置系统中的各电化学能量转换装置形成独立的温度环境，以及各电化学能量转换装置中的电堆具有较好的温度均匀性，从而增加了电化学能量转换装置系统的寿命和可靠性。
本实用新型实施例还提供一种发电装置，其包括上述的电化学能量转换装置。由于采用了上述的电化学能量转换装置，该发电装置的内部空间利用率高，使用寿命长、电堆性能衰减慢，且便于检修和更换故障电堆。
综上，本实用新型实施例提供了一种电化学能量转换装置，其主要由均温罩1、电堆组200和绝缘部件3构成，与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1、电化学能量转换装置反应所需的第一流体无需通过第一流体管道进行输入和排出，简化了电化学能量转换装置整体结构，使得检修和拆装电堆更为方便。
2、均温罩对电化学能量转换装置整体进行了密封，形成了良好的密封环境，防止了第一流体或第二流体的泄露，电堆排出的第一流体温度高于输入第一流体的温度，由于均温罩的存在，排出的第一流体可以充分跟均温罩的罩体接触并通过罩体将热量传导至第一腔体，从而可对电化学能量转换装置内部的第一流体实现良好的均温效果，使进入均温罩的第一流体与参与反应后排出均温罩的第一流体具有接近或是相同的温度，进而减小第一腔体和第二腔体之间的温差，抑制了局部热膨胀导致的电堆性能衰减及损坏。
3、电化学能量转换装置中的一排电堆组中包含两个及以上的电堆，不但结构紧凑，内部空间利用率高，同时提高了电化学能量转换装置整体的发电效率，并且每两个电堆可通过导电板实现电导通，有利于将电化学能量转换装置所产生的电能通过同一方向引出，使整体布局结构更为合理。
4、本实用新型的电化学能量转换装置充分利用了均温罩的内部空间，内部组件安排紧凑可靠，在保证低成本的同时，提升了第二流体利用率和发电效率，适宜用于实际生产中，实用性强，
有利于标准化生产及推广。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，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技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种电化学能量转换装置，其特征在于，包括：
均温罩，其内部形成有容纳腔，所述均温罩由导热材料制成，所述均温罩具有第一流体进气口和第一流体排气口；
由至少一个电堆排列而成的电堆组，设置于所述容纳腔内，所述电堆形成有第一流体流道；
绝缘部件，设置于所述电堆组和所述均温罩之间；
其中，所述电堆组和所述绝缘部件共同将所述容纳腔分割成多个腔体，所述多个腔体包括第一腔体和第二腔体，所述第一腔体与所述第一流体进气口相连通，所述第二腔体与所述第一流体排气口相连通，所述第一腔体和所述第二腔体通过所述第一流体流道相连通。
2.如权利要求1所述的电化学能量转换装置，其特征在于：
所述均温罩的导热系数为1～40W/m·k。
3.如权利要求1所述的电化学能量转换装置，其特征在于：
所述绝缘部件的导热系数为1～30W/m·k。
4.如权利要求1所述的电化学能量转换装置，其特征在于：
所述均温罩包含围成所述容纳腔的多个壁面，记开设有所述第一流体进气口的壁面的面积为B，所述第一流体进气口的面积为A，A/B＝0.01～0.95。
5.如权利要求1所述的电化学能量转换装置，其特征在于：
记所述电堆组的底面与所述均温罩的内底面之间的距离为C，所述电堆组的顶面与所述均温罩的内顶面之间的距离为D，所述电堆组侧面与所述均温罩相对应的内侧面之间的距离为E，所述绝缘部件的厚度为F，则C/F＝1～4，D/F＝1～4，E/F＝1～2。
6.如权利要求1所述的电化学能量转换装置，其特征在于：
所述均温罩设置有第二流体进气孔和第二流体出气孔；
所述电化学能量转换装置还包括第二流体进气管道和第二流体出气管道；
所述第一腔体内设置有所述第二流体进气管道，所述第二流体进气管道通过所述第二流体进气孔与所述均温罩相连接，且所述第二流体进气管道与所述电堆组相连接；
所述第二腔体内设置有所述第二流体出气管道，所述第二流体出气管道通过所述第二流体出气孔与所述均温罩相连接，且所述第二流体出气管道与所述电堆组相连接。
7.如权利要求6所述的电化学能量转换装置，其特征在于：
所述均温罩包括端面，所述第一腔体在所述端面上的投影面为N1，所述投影面N1的长边为L1，所述投影面N1的短边为W1，所述第二流体进气管道的轴线在所述端面上的投影点为O1，O1点与所述长边L1之间的距离为X1，则0.1W1≤X1≤0.9W1；
和/或，
所述均温罩包括端面，所述第二腔体在所述端面上的投影面为N2，所述投影面N2的长边为L2，所述投影面N2的短边为W2，所述第二流体出气管道的轴线在所述端面上的投影点为O2，O2点与所述长边L2之间的距离为X2，则0.1W2≤X2≤0.9W2。
8.如权利要求6所述的电化学能量转换装置，其特征在于：
所述均温罩包括端面，所述第一腔体在所述端面上的投影面为N1，所述投影面N1的短边为W1，所述投影面N1的最长的对角线长度为Z1，所述第二流体进气管道的轴线在所述端面上的投影点为O1，所述第一流体进气口的中心点在所述端面上的投影为P1点，所述P1点与所述O1点之间的距离为Y1，则0.1W1≤Y1≤0.85Z1；
和/或，
所述均温罩包括端面，所述第二腔体在所述端面上的投影面为N2，所述投影面N2的短边为W2，所述投影面N2的最长的对角线长度为Z2，所述第二流体出气管道的轴线在所述端面上的投影点为O2，所述第一流体排气口的中心点在所述端面上的投影为P2点，所述P2点与所述O2点之间的距离为Y2，则0.1W2≤Y2≤0.85Z2。
9.如权利要求1所述的电化学能量转换装置，其特征在于：
所述电堆组包含复数个电堆，至少部分相邻的两个电堆串联设置，且串联设置的两个电堆的正负极反向设置，相邻的两个所述电堆之间设置有所述绝缘部件。
10.如权利要求1所述的电化学能量转换装置，其特征在于：
还包括引电组件，所述引电组件包括导电部和电连接部，所述导电部设置于所述绝缘部件和所述电堆组之间，并与所述电堆组电连接，所述电连接部穿过所述均温罩和所述绝缘部件，并与所述导电部相连接。
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