CN220821648U - 一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组。该电堆塔组包括底座、电堆塔组件以及密封罩，电堆塔组件包括若干电堆塔，各电堆塔均固定安装于底座上，各电堆塔的内部形成有空气腔和燃料气腔，相邻的两个电堆塔之间串联连接。密封罩套设在电堆塔组件外侧并与底座密封连接。电堆塔组件的首位和最后一位电堆塔分别连接有集电柱，各集电柱的末端均伸出密封罩之外。密封罩、电堆塔组件以及底座配合形成相对密封的空气收集腔，空气收集腔与空气腔连通。底座上设有与各电堆塔的燃料气腔连通的燃料气进口以及燃料气出口、与各电堆塔的空气腔连通的空气进口以及与空气收集腔连通的空气出口。

Description

一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组

技术领域

本实用新型涉及固态燃料电池技术领域，具体涉及一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组。

背景技术

当前，我国对常规型不可再生的能源如天然气、石油、煤炭的需求量正在逐年增加。常规能源的储量是有限的，同时常规能源的使用易产生环境污染以及温室效应。因此，有必要积极发展绿氢等绿色新型能源。绿氢是指利用例如太阳能、风能和核能等可再生能源分解水所得到的氢气。绿氢具有高热值，且其在燃烧时只产生水，能够从源头上实现二氧化碳零排放，因此绿氢是纯正的绿色新能源。

近年来，作为一种新型电解水制氢技术，固态氧化物电解池(SOEC)技术因其具有能源利用率高、电解产物绿色无害且纯度较高等优点备受关注。固体氧化物电解池是反向运行的固体氧化物燃料电池。固体氧化物电解池在电解模式时，在外加电压、高温下，电解H₂O，产生H₂与O₂，从而实现将电能和热能转化为化学能。

操作温度是影响SOEC制氢系统运行的重要参数。SOEC制氢系统的运行温度为700℃-1000℃，SOEC较高的运行温度能够降低电解过程中的电能需求，从而降低合成气的成本，降低制氢成本，同时提高电极的动力学性能，有效降低电解质电阻，使电池性能损失更小。

在一种常见的固态氧化物电解池制氢系统中，系统输入空气、水蒸气与保护氢气的混合气，水流动力由水泵提供，空气动力主要由压缩机提供，两股气体分别在进入电解池前，通过热交换器以及电加热器升温至电解池需要的温度，两股气体进入平衡换热器平衡热量后，进入电解池，对电解池通电处理后，发生电解水反应生产氢气和氧气，经过电加热器加热的空气在系统中有保护电解池的作用，系统产出温度较高的空气与氧气的混合气经过热交换器热量回收后流出系统，并产出水蒸气与氢气的混合气经过热交换器热量回收后进入冷却器进行冷却处理后，产出纯度较高的氢气以及液态水流出系统。

固态燃料电池电堆垂直堆叠形成电堆塔时，电堆塔中的电堆数量受到电堆承压能力和气体分配均匀性的限制，进而限制单个电堆塔的电解功率。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组，能够提供更大的电解功率。

为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组。该电堆塔组包括底座、电堆塔组件以及密封罩，所述电堆塔组件包括若干电堆塔，各所述电堆塔均固定安装于所述底座上，各所述电堆塔的内部形成有空气腔和燃料气腔，相邻的两个所述电堆塔之间串联连接。所述密封罩套设在所述电堆塔组件外侧并与底座密封连接。所述电堆塔组件的首位和最后一位电堆塔分别连接有集电柱，各所述集电柱的末端均伸出所述密封罩之外。所述密封罩、所述电堆塔组件以及所述底座配合形成相对密封的空气收集腔，所述空气收集腔与所述空气腔连通。所述底座上设有与各所述电堆塔的燃料气腔连通的燃料气进口以及燃料气出口、与各所述电堆塔的空气腔连通的空气进口以及与空气收集腔连通的空气出口。

具体的，若干电堆塔沿垂直于底座高度方向的方向呈单排设置。

进一步的，还包括与所述燃料气进口连接的燃料气进气管道、与所述燃料气出口连接的燃料气出气管道、与所述空气进口连接的空气进气管道以及与所述空气出口连接的空气出气管道。

具体的，包括密封垫，所述密封垫设置于所述密封罩与所述底座之间。

具体的，各所述电堆塔包括供气底板以及固定安装于供气底板上方的若干沿高度方向堆叠的电堆，每个电堆包括正极端板以及负极端板。各所述电堆塔通过该电堆塔的最下方一个电堆的负极端板与与其相邻的另一个所述电堆塔的最上方一个电堆的正极端板串联连接。所述电堆塔组件中的首位电堆塔的最上方一个电堆的正极端板与用于引出正极电流的集电柱连接，最后一位电堆塔的最下方一个电堆的负极端板与该电堆塔的供气底板之间另设有负极集电板，负极集电板与用于引出负极电流的集电柱连接。

具体的，所述电堆塔组件包括银条，各所述电堆塔通过该电堆塔的最下方一个电堆的负极端板与与其相邻的另一个所述电堆塔的最上方一个电堆的正极端板通过银条串联连接。

具体的，负极集电板包括负极集电板本体以及设置于负极集电板本体侧壁上且向外凸出的连接部，所述连接部与对应的集电柱直接固定连接，用于引出负极电流。

具体的，各所述电堆塔和底座通过螺栓连接。所述密封罩和各所述集电柱之间采用高温陶瓷密封胶密封。

具体的，每个所述电堆塔组件中，电堆塔的数量为三个。

具体的，各所述电堆塔内部形成有空气出气通道，所述空气出气通道连通空气收集腔与所述底座的空气出口，各所述电堆塔的所述空气腔内的空气依次经过所述空气收集腔、所述空气出气通道以及所述空气出口流入到空气出气管道。

有益效果：

(1)本实用新型的固态燃料电池系统用电堆塔组将若干电堆塔串联在一起，能够提供更大的电解功率。

(2)本实用新型的一个实施例中，若干电堆塔沿垂直于底座高度方向的方向呈单排设置，使固态燃料电池系统用电堆塔组结构紧凑，体积小。

(3)各个电堆塔通过螺栓固定到底座上，更容易定位。

(4)电堆塔组的电流通过集电柱直接引出，便于与外部供电装置连接。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为本实用新型的一个实施例给出的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组的立体结构示意图；

图2为图1所示的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组的左视图；

图3为图1所示的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组在去除密封罩后的立体结构示意图一；

图4为图1所示的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组去除密封罩后的立体结构示意图二；

图5为图1所示的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组在去除密封罩后的俯视图；

图6为沿图5中A-A线剖开的剖视图；

图7为图1所示的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组中的电堆塔的立体结构示意图；

图8为图7所示的电堆塔中的供气底板的仰视图；

图9为图7所示的电堆塔中的负极集电板的示意图；

图10为图1所示的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组中的底座的俯视图。

本申请的附图标记如下所示：

燃料气进口1051、燃料气出口1052、空气进口1053、空气出口1054、燃料气进气管道1010、燃料气出气管道1020、空气进气管道1030、空气出气管道1040、底座1050、密封垫20、电堆塔30、正极端板3010、负极集电板3020、负极集电板本体3021、连接部3022、负极端板3030、银条50、供气底板3040、燃料气进气孔3041、燃料气出气孔3042、空气进气孔3043、空气出气孔3044、集电柱40、密封罩60、空气收集腔70。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的技术方案进行详尽的描述。

实施例1

本实施例提供了一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组。如图1至图6所示，该电堆塔组包括底座1050、电堆塔组件以及密封罩60，电堆塔组件包括若干电堆塔30，各电堆塔30均固定安装于底座1050上。各电堆塔30是将三个电堆沿高度方向叠加，再通过夹具顶板和供气底板3040用螺杆缩紧的装置。本申请中提及的电堆为阴极开放式电堆。各电堆塔30的内部形成有开放式的空气腔和相对密封的燃料气腔，相邻的两个电堆塔30之间串联连接。

密封罩60套设在电堆塔组件外侧并与底座1050密封连接。电堆塔组件的首位和最后一位电堆塔30分别连接有集电柱40，各集电柱40的末端均伸出密封罩60之外。密封罩60、电堆塔组件以及底座1050配合形成相对密封的空气收集腔70，空气收集腔70与空气腔连通。底座1050上设有与各电堆塔30的燃料气腔连通的燃料气进口1051以及燃料气出口1052、与各电堆塔30的空气腔连通的空气进口1053以及与空气收集腔70连通的空气出口1054。

在一些实施例中，如图2所示，若干电堆塔30沿垂直于底座1050高度方向的方向呈单排设置，使得该电堆塔组体积小，结构紧凑。

在一些实施例中，如图4所示，该电堆塔组还包括与燃料气进口1051连接的燃料气进气管道1010、与燃料气出口1052连接的燃料气出气管道1020、与空气进口1053连接的空气进气管道1030以及与空气出口1054连接的空气出气管道1040。在一个特定实施例中，燃料气进气管道1010、燃料气出气管道1020、空气进气管道1030以及空气出气管道1040均与底座1050连接为一体，形成底板组件。

在一些实施例中，如图1所示，该电堆塔组包括密封垫20，密封垫20设置于密封罩60与底座1050之间，从而实现密封罩60与底座1050密封连接在一起。

在一些实施例中，如图6和图7所示，各电堆塔30包括用于引出正极电流的正极集电板3030与用于引出负极电流的负极集电板3010，各电堆塔30通过负极集电板3010与与其相邻的另一个电堆塔30的正极集电板3030串联连接。电堆塔组件中的首位电堆塔30的正极集电板3030与对应的集电柱40连接，电堆塔组件中的最后一位电堆塔30的负极集电板3010与对应的集电柱40连接。

在一个特定实施例中，如图2所示，各集电柱40沿电堆塔30高度方向设置。如图4所示，首位电堆塔30的最上方一个电堆的正极端板3010通过其锁耳结构与用于引出正极电流的集电柱40的底端直接固定连接。由于负极端板3030的锁耳结构尺寸小于集电柱40，如果将用于引流负极电流的集电柱40与最后一位的电堆塔30的最后一个电堆的负极端板3030直接固定连接后沿高度方向伸出密封罩60，则该集电柱40会与电堆的其他部分发生干涉。因此，如图3和图7所示，最后一位电堆塔30中的最后一个电堆的负极端板3030与该电堆塔30的供气底板3040之间另设有负极集电板3020，负极集电板3020与负极端板3030密闭导电连接，负极集电板3020与供气底板3040密闭绝缘连接。该负极集电板3020与用于引出负极电流的集电柱40直接固定连接。具体的，如图9所示，负极集电板3020包括负极集电板本体3021以及设置于负极集电板本体3021侧壁上且向外凸出的连接部3022，所述连接部3022与对应的集电柱40直接固定连接，用于引出负极电流。

在一些实施例中，如图1和图6所示，电堆塔组件包括银条50，各电堆塔30通过正极集电板3030与与其相邻的另一个电堆塔30的正极集电板3030通过银条50串联连接。

在一些实施例中，如图3所示，各电堆塔30和底座1050通过螺栓连接。

在一些实施例中，密封罩60和各集电柱40之间采用高温陶瓷密封胶密封。

在一些实施例中，如图3所示，每个所述电堆塔组件中，电堆塔30的数量为三个。

在一些实施例中，参见图10，各电堆塔30内部形成有空气出气通道，空气出气通道连通空气收集腔70与底座1050的空气出口1054，各电堆塔30的空气腔内的空气依次经过空气收集腔70、空气出气通道以及空气出口1054流入到空气出气管道1040。

如图7和图8所示，各电堆塔30包括供气底板3040，供气底板3040的底面设置有空气出气孔3044、空气进气孔3043、燃料气进气孔3041以及燃料气出气孔3042，各电堆塔30的供气底板3040与底座1050连接时，空气出气孔3044与空气出口1054连通，空气进气孔3043与空气进口1053连通、燃料气进气孔3041与燃料气进口1051连通，燃料气出气孔3042与燃料气出口1052连通。

本实用新型提供了一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，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原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组，其特征在于，包括底座(1050)、电堆塔组件以及密封罩(60)，所述电堆塔组件包括若干电堆塔(30)，各所述电堆塔(30)均固定安装于所述底座(1050)上，各所述电堆塔(30)的内部形成有空气腔和燃料气腔，相邻的两个所述电堆塔(30)之间串联连接；所述密封罩(60)套设在所述电堆塔组件外侧并与底座(1050)密封连接；所述电堆塔组件的首位和最后一位电堆塔(30)分别连接有集电柱(40)，各所述集电柱(40)的末端均伸出所述密封罩(60)之外；所述密封罩(60)、所述电堆塔组件以及所述底座(1050)配合形成相对密封的空气收集腔(70)，所述空气收集腔(70)与所述空气腔连通；所述底座(1050)上设有与各所述电堆塔(30)的燃料气腔连通的燃料气进口(1051)以及燃料气出口(1052)、与各所述电堆塔(30)的空气腔连通的空气进口(1053)以及与空气收集腔(70)连通的空气出口(1054)。

2.根据权利要求1所述的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组，其特征在于，若干电堆塔(30)沿垂直于底座(1050)高度方向的方向呈单排设置。

3.根据权利要求2所述的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组，其特征在于，还包括与所述燃料气进口(1051)连接的燃料气进气管道(1010)、与所述燃料气出口(1052)连接的燃料气出气管道(1020)、与所述空气进口(1053)连接的空气进气管道(1030)以及与所述空气出口(1054)连接的空气出气管道(1040)。

4.根据权利要求3所述的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组，其特征在于，包括密封垫(20)，所述密封垫(20)设置于所述密封罩(60)与所述底座(1050)之间。

5.根据权利要求4所述的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组，其特征在于，各所述电堆塔(30)包括供气底板(3040)以及固定安装于供气底板(3040)上方的若干沿高度方向堆叠的电堆，每个电堆包括正极端板(3010)以及负极端板(3030)；各所述电堆塔(30)通过该电堆塔(30)的最下方一个电堆的负极端板(3030)与与其相邻的另一个所述电堆塔(30)的最上方一个电堆的正极端板(3010)串联连接；所述电堆塔组件中的首位电堆塔(30)的最上方一个电堆的正极端板(3010)与用于引出正极电流的集电柱(40)连接，最后一位电堆塔(30)的最下方一个电堆的负极端板(3030)与该电堆塔(30)的供气底板(3040)之间另设有负极集电板(3020)，负极集电板(3020)与用于引出负极电流的集电柱(40)连接。

6.根据权利要求5所述的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组，其特征在于，所述电堆塔组件包括银条(50)，各所述电堆塔(30)通过该电堆塔(30)的最下方一个电堆的负极端板与与其相邻的另一个所述电堆塔(30)的最上方一个电堆的正极端板通过银条(50)串联连接。

7.根据权利要求6所述的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组，其特征在于，负极集电板(3020)包括负极集电板本体(3021)以及设置于负极集电板本体(3021)侧壁上且向外凸出的连接部(3022)，所述连接部(3022)与对应的集电柱(40)直接固定连接，用于引出负极电流。

8.根据权利要求7所述的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组，其特征在于，各所述电堆塔(30)和底座(1050)通过螺栓连接；所述密封罩(60)和各所述集电柱(40)之间采用高温陶瓷密封胶密封。

9.根据权利要求8所述的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组，其特征在于，每个所述电堆塔组件中，电堆塔(30)的数量为三个。

10.根据权利要求9所述的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组，其特征在于，各所述电堆塔(30)内部形成有空气出气通道，所述空气出气通道连通空气收集腔(70)与所述底座(1050)的空气出口(1054)，各所述电堆塔(30)的所述空气腔内的空气依次经过所述空气收集腔(70)、所述空气出气通道以及所述空气出口(1054)流入到空气出气管道(1040)。