CN220731584U - 气流分配装置及其电化学能量转换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电化学技术领域，特别是一种气流分配装置及其电化学能量转换装置，其中气流分配装置包括主体，所述主体包括相对设置的第一端面和第二端面，所述主体上开设有贯穿所述第一端面和\或所述第二端面设置的排气通道，所述主体上还开设有增压损通道，所述增压损通道的两端分别连通所述排气通道和所述主体的外侧壁，所述排气通道还连通电堆。减少了各个电堆分支线路之间压损差异百分比，从而使由于电堆、流体管路压损偏差造成的流量偏差得到了优化，从而促使各电堆获得流量相同且稳定的气流通入，保证了模组的原料流体利用率。

Description

气流分配装置及其电化学能量转换装置

技术领域

本实用新型涉及电化学技术领域，特别是涉及一种气流分配装置及其电化学能量转换装置。

背景技术

目前，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％。

在固体氧化物电池(SOC)工作时，为了提高其发电功率或制氢输出，通常会将多个电池堆串联形成模组，然而由于电堆、流体管路等存在制造及装配偏差，导致进入各个电池堆的流量分配不均，极大的限制了模组的原料流体利用率。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种气流分配装置及其电化学能量转换装置，减少了各个电堆分支线路之间压损差异百分比，从而使由于电堆、流体管路压损偏差造成的流量偏差得到了优化，从而促使各电堆获得流量相同且稳定的气流通入，保证了模组的原料流体利用率。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种气流分配装置，包括主体，所述主体包括相对设置的第一端面和第二端面，所述主体上开设有贯穿所述第一端面和\或所述第二端面设置的排气通道，所述主体上还开设有增压损通道，所述增压损通道的两端分别连通所述排气通道和所述主体的外侧壁。

本实用新型实施例一种气流分配装置与现有技术相比，其有益效果在于：主体上设置有连通的增压损通道和排气通道，流体由增压损通道的入口进入主体中，通过增压损通道到达排气通道，再通过排气通道进入电堆中。通过在气流均匀分配装置中增加增压损通道的这一设计，再通过排气通道将增加了压损的流体送入电堆中，可大大增加各个电堆分支线路的整体压损，减少了各个电堆分支线路之间压损差异百分比，从而使由于电堆、流体管路压损偏差造成的流量偏差得到了优化，从而促使各电堆获得流量相同且稳定的气流通入，保证了模组的原料流体利用率。

本实用新型实施例的气流分配装置，所述增压损通道在垂直于其通道方向上的截面的当量直径D1的范围包括0.5mm-20mm。

本实用新型实施例的气流分配装置，所述增压损通道的长度L的范围满足：500＊D1≥L≥25＊D1。

本实用新型实施例的气流分配装置，所述排气通道的截面的当量直径D2的范围满足：20＊D1≥D2≥D1。

本实用新型实施例的气流分配装置，所述主体内形成有气流均分腔，所述增压损通道通过所述气流均分腔与所述排气通道连通。

本实用新型实施例的气流分配装置，所述气流均分腔与所述增压损通道相交处为第一截面，设所述第一截面的截面面积为S2，设所述增压损通道在垂直于其通道方向上的截面面积为S1，所述S1和所述S2满足：5＜S2：S1＜100。

本实用新型实施例的气流分配装置，所述气流均分腔的体积V1和所述主体的体积V2之间满足：1/15≤V1/V2≤1/6。

本实用新型实施例的气流分配装置，所述主体远离所述排气通道的一侧设置有进气通道，所述进气通道连通有出气腔室。

本实用新型实施例的气流分配装置，所述主体的外侧壁上形成有耳座，所述耳座包括进气耳座和出气耳座，所述进气耳座和所述出气耳座均包括耳座本体和形成于所述耳座本体内的中空通气部，所述出气腔室与所述出气耳座的所述中空通气部连通，所述增压损通道与所述进气耳座的所述中空通气部连通。

本实用新型还提供了一种电化学能量转换装置，包括至少一个电堆和上述实施例任一项所述的气流分配装置，所述电堆和所述气流分配装置堆叠设置并抵接于所述第一端面和/或所述第二端面，所述气流分配装置的排气通道连通所述电堆的气流进入口，所述气流分配装置的进气通道连通所述电堆的气流排出口。

本实用新型实施例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：本申请的电化学能量转换装置实现了电堆的进气和出气集成在一块气流均匀分配装置中，集成度较高，占用空间小，成本低，同时通过在气流均匀分配装置中增加增压损通道的这一设计，再通过排气通道将增加了压损的流体送入电堆中，实现了电化学能量转换装置中多电堆的气流均匀分配，提高了电化学能量转换装置抵抗气流流量、电流、热值、温度等参数波动的能力。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的气流分配装置的外部示意图；

图2是本实用新型一种实施例的气流分配装置的去掉最外侧板体的内部示意图；

图3是本实用新型一种实施例的气流分配装置的爆炸示意图

图4是本实用新型一种实施例的气流分配装置去掉另一最外侧板体的内部结构的仰视示意图；

图5是图3中A-A处的剖面示意图；

图6是本实用新型另一种实施例的气流分配装置的外部示意图；

图7是本实用新型另一种实施例的气流分配装置去掉最外侧板体的内部结构的仰视示意图；

图8是本实用新型又一种实施例的气流分配装置的外部示意图；

图9是本实用新型又一种实施例的气流分配装置的内部剖视示意图；

图10是本实用新型实施例的电化学能量转换装置的爆炸示意图。

图中，1、主体；11、连接管道；12、封堵件；2、排气通道；3、增压损通道；4、气流均分腔；41、第一截面；5、进气通道；6、出气腔室；7、耳座；71、耳座本体；72、中空通气部；73、进气耳座；74、出气耳座；8、电堆；81、气流进入口；82、气流排出口；9、气流进气管道；10、气流出气管道。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

如图1和图10所示，本实用新型优选实施例的一种气流分配装置，包括主体1，主体1为扁平板状，主体1包括相对设置的第一端面和第二端面，主体1上开设有贯穿第一端面和\或第二端面设置的排气通道2，可以理解的是，排气通道2可在竖直方向上贯穿至第一端面或第二端面，还可将第一端面和第二端面在竖直方向上共同贯穿，在此不作具体限定。主体1上还开设有增压损通道3，增压损通道3水平设置，增压损通道3的两端分别延伸至连通排气通道2和主体1的外侧壁；流体由增压损通道3的入口进入主体1中，通过增压损通道3到达排气通道2，再通过排气通道2进入电堆8中。通过在气流均匀分配装置中增加增压损通道3的这一设计，再通过排气通道2将增加了压损的流体送入电堆8中，可大大增加各个电堆8分支线路的整体压损，减少了各个电堆8分支线路之间压损差异百分比，从而使由于电堆8、流体管路压损偏差造成的流量偏差得到了优化，从而促使各电堆8获得流量相同且稳定的气流通入，保证了模组的原料流体利用率。进一步地，排气通道2可设置有一条或多条，若排气通道2设置为一条时，其靠近增压损通道3朝向主体1内侧的方向设置，若排气通道2设置有多条时，则优先以增压损通道3为中心均匀对称分布，在此不做具体限定。

如图2-5所示，在本实用新型的一些实施例中，增压损通道3在垂直于其通道方向上的截面的当量直径D1的范围包括0.5mm-20mm。其中，截面的当量直径D1＝4＊A/C，A为截面的面积，C为截面的周长。增压损通道3在竖直方向上的截面当量直径D1直接影响增压损的效果，若D1小于0.5mm，此时增压损通道3内流体的流速会过大，而当流体流速超过0.5倍声速时，可能会产生可压缩流体，导致增压损通道3内的压损不稳定；而若D1大于20mm，此时增压损通道3起到的增压损效果较差，可能使增压损通道3内的压损与电堆8压损之比＜5：1，导致气流均匀分配装置所起到的流体均匀分配效果较差，影响各电堆8获得流量相同且稳定的气流。可以理解的是，增压损通道3在竖直方向内的截面可设置为圆形或矩形，其当量直径满足上述实施例限定即可，在此不做具体限定。

如图7所示，在本实用新型的一些实施例中，增压损通道3的长度L的范围满足：500＊D1≥L≥25＊D1，增压损通道3中的长度与其在垂直于其通道方向上的截面当量直径的比值可影响增压损的效果。当L＜25＊D1时，流体在增压损通道3内可能增压损不完全，使得增压损通道3所起的增压损效果不稳定，还可能造成所起的增压损效果差，进一步造成增压损通道3内的压损与电堆8压损之比＜5：1，此时气流均匀分配装置所起到的流体均匀分配效果较差；当L＞500＊D1，此时气流增压损通道3整体较长，对气流均匀分配装置的内部空间占用大，易对气流均匀分配装置中的其它结构设计产生干涉。

如图2-5所示，在本实用新型的一些实施例中，排气通道2的截面的当量直径D2的范围满足：20＊D1≥D2≥D1。流体需要通过排气通道2流入电堆8，因此排气通道2的截面的当量直径也需要进行控制，若D2＞20＊D1，此时排气堆道的截面较大，气流均匀分配装置与电堆8装配完成时，排气通道2与电堆8接触周边的密封难度大，易出现流体泄露的问题；若D2＜D1，此时气流排气通道2的截面较小的话，流体经过气流排气通道2进入电堆8时的流速过快，易造成电堆8中进口处的流体分布不均。

如图2-5所示，在本实用新型的一些实施例中，主体1内形成有气流均分腔4，增压损通道3通过气流均分腔4连通排气通道2。气流在经过增压损通道3后，进入气流均分腔4中，再从气流均分腔4流入排气通道2中。气流均分腔4作为短暂容纳经过增加压损的流体，其在主体1内部的水平方向延展，可形成多种形状，在此不作具体限定，排气通道2也可设置多个。因此在增压损出气口和排气通道2之间设置气流均分腔4，可以使气流进入每一个排气通道2中的速度和气流量较为均等，从而提升了电堆8中的燃料利用率。

如图2所示，在本实用新型的一些实施例中，气流均分腔4与增压损通道3相交处为第一截面41，设第一截面41的截面面积为S2，设增压损通道3在垂直于其通道方向上的截面面积为S1，S1和S2满足：5＜S2：S1＜100。当S2：S1小于5，此时第一截面41和增压损通道3的截面面积相差较小，导致增压损通道3和气流均分腔4连接处的局部压损小，降低了增压损效果较差；当S2：S1大于100，此时第一截面41和增压损通道3的截面面积相差较大，气流均分腔4和增压损通道3的交界处会有流体流动不稳定的情况，而且气流均分腔4的结构也不易设计，易对其它结构的设置造成影响。

在本实用新型的一些实施例中，气流均分腔4的体积V1和主体1的体积V2之间满足：1/15≤V1/V2≤1/6。设置气流均分腔4的目的是使气流在通过增压损通道3后可以更加均匀的进入各个排气通道2中，若气流均分腔4相对于主体1的体积过小，即当V1/V2小于1/15时，气流均分腔4中的流体流速可能过快，使流体的雷诺数过大，在气流均分腔4中的局部气流可能会发展为湍流，流动不稳定，容易造成均分效果差，进一步影响了电堆8内的气流分配。而当V1/V2大于1/6时，此时气流均分腔4相对于主体1的体积过大，占据了主体1中的大部分空间，易对主体1中的其它结构产生干涉。

如图1、图2所示，在本实用新型的一些实施例中，主体1远离排气通道2的一侧设置有进气通道5，进气通道5连通有出气腔室6。电化学能量转换装置中电堆8反应所产生的排气可由进气通道5进入主体1，在主体1内进入出气腔室6，再经出气腔室6排出主体1。上述结构的设置使得气流均匀分配装置不仅起到气流进气时的分配作用，也可同时起到将电化学能量转换装置中反应所产生的排气汇集排出的作用。具体地，进气通道在水平方向的截面可设置为圆形或条状，视其连接的电堆8的排气管道的形状而定。

如图1和图2所示，在本实用新型的一些实施例中，主体1包括耳座7，耳座7由主体1的外侧壁上朝向外侧延伸形成。耳座7包括进气耳座73和出气耳座74，出气腔室6与出气耳座74的中空通气部72连通，增压损通道3与进气耳座73的中空通气部72连通，使增压损通道3与出气腔室6可连通外部。进气耳座73和出气耳座74均包括耳座本体71和形成于耳座本体71内的中空通气部72。具体地，增压损通道3的部分位于进气耳座73的耳座本体71内，其由气流均分腔4延伸至进气耳座73的中空通气部72；出气腔室6的部分位于出气耳座74的耳座本体71内，其由进气通道5延伸至出气耳座74的中空通气部72处。

如图1和图2所示，在本实用新型的一些实施例中，进气耳座73和出气耳座74对称设置主体1的两侧，耳座本体71内的中空通气部72可与燃气管道相连接。出气腔室6和增压损通道3分别连通出气耳座74和进气耳座73，并在进气耳座73的中空通气部72内侧设有与增压损通道3相连通的开口。将出气腔室6和增压损通道3设置于向外延伸的耳座中，可延长出气腔室6和增压损通道3的长度，使其出气腔室6和增压损通道3具备足够的长度保证其排气或增压损的功能。

如图6和图7所示，在本实用新型的一些实施例中，进气耳座73和出气耳座74设置主体1同一侧外侧壁上，出气腔室6和增压损通道3分别连通出气耳座74和进气耳座73，与上述实施例相比，本实施例将增压损通道3的入口和出气腔室6的出口设置于同侧，便于流体的循环回收。此时位于同侧耳座7的长度有所不同，是为了进气和出气孔的设置不互相干涉，也便于在装配时分辨进气通道5和排气通道2。

如图1、图2和图3所示，在本实用新型的一些实施例中，主体1包括多块尺寸相同的板体，多块板体堆叠连接形成主体1。在上述两个实施例中设置出气耳座74和进气耳座73进行排气和进气时，主体1设置为多个板体堆叠而成，由于气流均匀分配装置中的增压损通道3、排气通道2、进气通道5和气流均分腔4等结构均位于主体1的内部，若使用单层板体结构作为的气流均匀分配装置的主体1时，加工前述位于主体1内部的结构难度较大，因此可在多个单层上进行一定的加工，并将这些单层焊接在一起从而形成气流均匀分配装置，这一设置降低了本申请的加工难度，节省了一定的加工成本，提高了一定的加工效率。

如图8和图9所示，在本实用新型的一些实施例中，主体1设置为单层板体结构，单层板体设置的主体1可通过钻孔来加工出增压损通道3、排气通道2、进气通道5、以及气流均分腔4等结构。具体地，主体1内包括至少两条连接管道11，连接管道11的一端连通增压损通道3，另一端连通主体1的外侧壁，连接管道11朝向主体1的外侧壁的末端设置有封堵件12，两条连接管道11形成主体1内的气流均分腔4。本实施例中也可设置耳座7以容纳出气腔室6和增压损通道3。加工时，在靠近增压损通道3一侧，呈箭头形钻三个孔，位于中间的孔依据增压损通道3的相关设定进行钻孔，两侧的钻孔所形成的通道充当气流均分腔4，并使用封堵件12从外部将两侧的钻孔通道密封以防止进气过程中产生漏气。

如图10所示，本实用新型还提供了一种电化学能量转换装置，包括至少一个电堆8和上述实施例任一项的气流分配装置，电堆8和气流分配装置堆叠设置，电堆8可设置为一个，一个电堆可抵接于第一端面或第二端面以和气流分配装置连接；电堆8还可设置为多个，多个电堆8堆叠设置于气流分配装置朝向第一端面或第二端面的两侧，靠近气流分配装置的电堆8与第一端面和第二端面相抵接以连接气流分配装置。排气通道2连通电堆8的气流进入口81，进气通道5连通电堆8的气流排出口82。电推8的两侧还设置有气流进气管道9和气流出气管道10，气流通过气流进气管道9流入增压损通道3，随后进入气流均分腔4中控制流体流速和流量，随后通过排气通道2后由气流进入口81流入电堆中参与反应，反应后气流从电堆的气流排出口82流入气流进入口81，随后进入出气腔室6，并从出气腔室6流至气流出气管道10排出。

本申请的电化学能量转换装置实现了电堆8的进气和出气集成在一块气流均匀分配装置中，集成度较高，占用空间小，成本低，同时通过在气流均匀分配装置中增加增压损通道3的这一设计，再通过排气通道2将增加了压损的流体送入电堆8中，实现了电化学能量转换装置中多电堆8的气流均匀分配，提高了电化学能量转换装置抵抗气流流量、电流、热值、温度等参数波动的能力。

本实用新型的工作过程为：气流均匀分配装置的主体1上设置有连通的增压损通道3和排气通道2，流体由增压损通道3的入口进入主体1中，通过增压损通道3到达排气通道2，再通过排气通道2经由电堆8的气流进入口81进入电堆8中，电堆8中的排气可经由电堆8的气流排出口82通过进气通道5进入主体1，在主体1内进入出气腔室6，再经出气腔室6排出主体1。

综上，本实用新型实施例提供一种气流分配装置及其电化学能量转换装置，其集成度较高，占用空间小，成本低，减少了各个电堆8分支线路之间压损差异百分比，实现了电化学能量转换装置中多电堆8的气流均匀分配，提高了电化学能量转换装置抵抗气流流量、电流、热值、温度等参数波动的能力。

以上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)

1.一种气流分配装置，其特征在于：包括主体，所述主体包括相对设置的第一端面和第二端面，所述主体上开设有贯穿所述第一端面和\或所述第二端面设置的排气通道，所述主体上还开设有增压损通道，所述增压损通道的两端分别连通所述排气通道和所述主体的外侧壁。

2.根据权利要求1所述的气流分配装置，其特征在于：所述增压损通道在垂直于其通道方向上的截面的当量直径D1的范围包括0.5mm－20mm。

3.根据权利要求2所述的气流分配装置，其特征在于，所述增压损通道的长度L的范围满足：500＊D1≥L≥25＊D1。

4.根据权利要求2所述的气流分配装置，其特征在于，所述排气通道的截面的当量直径D2的范围满足：20＊D1≥D2≥D1。

5.根据权利要求1所述的气流分配装置，其特征在于：所述主体内形成有气流均分腔，所述增压损通道通过所述气流均分腔与所述排气通道连通。

6.根据权利要求5所述的气流分配装置，其特征在于，所述气流均分腔与所述增压损通道相交处的截面设置为为第一截面，设所述第一截面的截面面积为S2，设所述增压损通道在垂直于其通道方向上的截面面积为S1，所述S1和所述S2满足：5＜S2：S1＜100。

7.根据权利要求5所述的气流分配装置，其特征在于，所述气流均分腔的体积V1和所述主体的体积V2之间满足：1/15≤V1/V2≤1/6。

8.根据权利要求1所述的气流分配装置，其特征在于，所述主体远离所述排气通道的一侧设置有进气通道，所述进气通道连通有出气腔室。

9.根据权利要求8所述的气流分配装置，其特征在于：所述主体包括耳座，所述耳座包括进气耳座和出气耳座，所述进气耳座和所述出气耳座均包括耳座本体和形成于所述耳座本体内的中空通气部，所述出气腔室与所述出气耳座的所述中空通气部连通，所述增压损通道与所述进气耳座的所述中空通气部连通。

10.一种电化学能量转换装置，其特征在于：包括至少一个电堆和权利要求1－9任一项所述的气流分配装置，所述电堆和所述气流分配装置堆叠设置并抵接于所述第一端面和/或所述第二端面，所述气流分配装置的排气通道连通所述电堆的气流进入口，所述气流分配装置的进气通道连通所述电堆的气流排出口。