包括燃料電池單元和部件的裝置、用于該裝置的部件單元和堆疊部件制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及包括燃料電池單元和部件的裝置、用于該裝置的部件單元和堆疊部件。所述裝置包括：具有多個燃料電池且限定裝置的縱向軸線及與該縱向軸線同軸的主流向的燃料電池單元，電池單元的相反兩端設置有與主流向共線的燃料電池入口和出口。裝置還包括：具有第一流體管道的部件，其布置成平行于主流向并包括設置在部件的相反兩端且與主流向共線的第一流體入口和出口。部件布置成鄰近燃料電池單元，使得第一流體入口和出口中的至少一者布置成鄰近燃料電池出口和入口中的至少一者，從而當進入裝置的流體流從部件流到燃料電池單元或反之亦然時，流體流能在第一流體管道及燃料電池單元中以大體上平行于裝置的縱向軸線的方式流動。

【技術實現步驟摘要】
包括燃料電池單元和部件的裝置、用于該裝置的部件單元和堆疊部件
本專利技術涉及一種具有燃料電池單元和部件(例如，熱交換器或重整器)的裝置。本專利技術還涉及一種堆疊部件，例如用于上述裝置或，通常用于與需要流體流過的設備相結合。本專利技術還涉及一種具有兩個堆疊部件的部件單元。
技術介紹
為了優化燃料電池堆的能量性能，需要結合熱交換器、加力燃燒室、重整器或多個這些部件。這樣由于空間常常受限，會優先采用緊湊系統。在WO-A-2004/082057中，描述了一種模塊化構建的燃料電池系統，其中其他部件例如加力燃燒室、熱交換器和重整器隨后被配置到平面的燃料電池堆。燃料電池堆和其他部件的外部幾何形狀彼此匹配。通過部件中設置的板和管道中的鉆孔，流體被導入部件中并從一個部件流到另一個部件。板與常規流向垂直設置，使得該流必須通過管道從一個部件導向另一個部件。需要偏轉板橋接系統中的各個流體通道。這樣，由于流體流動偏轉，這個系統能承受高壓降以及不均勻的溫度，并且需要額外的空間來容納部件間的連接部件。
技術實現思路
因此，需要一種緊湊裝置，其具有燃料電池單元和例如熱交換器、重整器、預熱器或加力燃燒室的部件，該裝置可提供良好的流動特性。還需要提供一種具有兩個堆疊部件的部件單元以形成例如一種裝置，或者例如用于該裝置的一個堆疊部件，以支撐組合系統的整體性能。根據本專利技術的一個方面，提供了一種裝置，該裝置包括：具有平行布置的多個燃料電池的燃料電池單元，該燃料電池單元限定所述裝置的縱向軸線并且還限定與所述裝置的所述縱向軸線同軸的主流向。在所述燃料電池單元的相反兩端設置有燃料電池入口和燃料電池出口，并且所述燃料電池入口和所述燃料電池出口與所述主流向共線。所述裝置還包括：具有第一流體管道的部件，所述第一流體管道被布置成平行于所述主流向。所述第一流體管道包括設置在所述部件的相反兩端且與所述主流向共線的第一流體入口和第一流體出口。所述部件被布置成鄰近所述燃料電池單元，使得所述部件的所述第一流體入口和所述第一流體出口中的至少一者被布置成鄰近所述燃料電池出口和所述燃料電池入口中的至少一者，從而當進入所述裝置的流體流從所述部件流到所述燃料電池單元或反之亦然時，所述流體流能在所述部件的所述第一流體管道中以及所述燃料電池單元中以大體上平行于所述裝置的所述縱向軸線的方式流動。根據本專利技術，燃料電池單元和部件(優選熱交換器或重整器)被設置成使得流體可實質上線性流動并沿著主流向穿過所述部件和所述燃料電池單元，從而形成穿過裝置的主流體流。燃料電池單元和部件以相鄰的方式設置，并且燃料電池入口和部件的第一流體出口或者燃料電池出口和部件的第一流體入口以相鄰的方式設置，這允許流體從所述部件到燃料電池單元的暢通或無偏轉的穿過，反之亦然(這取決于部件和燃料電池單元沿著主流向的彼此上游和下游的設置)。根據本專利技術，裝置中不會發生裝置之間或部分裝置中流向的方向的反轉或改變，例如90度。這可以在裝置中提供完整的低壓降，均勻的流速和均勻的溫度分布，以及更少部件需求的緊湊設計。另外，在裝置和該裝置的各個部分中可以實現均勻流動。裝置的各部分之間或部件內的各部分之間的界面或管道連接變得不被需要，從而促進了緊湊裝置的實現。由于裝置中改善的溫度分布，也可以實現提高的能量效率。部件或燃料電池單元可以模塊化并組合成根據本專利技術的裝置，這方便了根據本專利技術的裝置的制造、安裝和維護。例如，方便了部件或燃料電池單元的更換。同時，部件可以更容易地適應具體的燃料電池單元設計。如果部件是包括多個彼此平行且上下疊置的板的板堆疊，那么部件的板被布置成平行于主流向。如果燃料電池單元是包括多個彼此平行且上下疊置的板的平面燃料電池單元，那么裝置的所有板可以被布置成平行于主流向且實質上彼此平行。然而，部件或平面燃料電池單元的板可以分別圍繞一個旋轉軸相對于裝置的縱向軸線或主流向旋轉。部件、燃料電池單元、其他部件或者裝置的多個部分的彼此相互間的旋轉，例如可以在0度到180度之間的范圍內，優選90度。在這些實施方式中，裝置的所有部分的板被布置成平行于主流向。然而，例如相鄰堆疊的板例如可以布置成彼此垂直。在一些優選實施方式中，燃料電池單元是高溫燃料電池的單元，例如固體氧化物燃料電池(SOFC)。尤其是，在高溫燃料電池中，可進一步采用高溫流體，并且用于燃料電池的燃料中只有一部分被燃料電池本身所利用。因此，其他效果可以通過優化流動特性來獲得，尤其在將燃料電池與熱交換器或重整器或優選二者組合時。沿主流向流動的主流體流例如可以是燃料電池和重整器的陰極流以及流經熱交換器的熱氣。優選地，主流體流是流體流，其具有穿過燃料電池單元和裝置的部件的較高的體積流速。這樣，主流體對應于穿過部件的第一流體，而第二流體通常具有相比于第一流體的流速低的體積流速的流速。第二流體還可以是具有相比于第一或主流體低的質量流速的流體流。然而，較低的體積流還可以由具有同樣質量流速但具有比主流體低的溫度的流體流來實現(或第一流)。通過優化，尤其是均勻化具有更高體積流速的流體流，可以獲得非常好的效率的裝置。例如，重整器的陰極流可以比陽極流高約兩個數量級。可以優化堆疊部件的第二流體管道中的第二流體流。第二流體也以平行于堆疊部件的板的方式流動。部件可以設置在燃料電池單元的上游或下游。因此，(在部件設置在燃料電池單元的上游的情況下)部件的第一流體出口被布置成鄰近燃料電池入口，或者(在部件設置在燃料電池單元的下游的情況下)燃料電池出口被布置成鄰近部件的第一流體入口。如果在根據本專利技術的裝置中提供一個或多個其他部件，例如熱交換器、重整器、加力燃燒室或預熱器，優選在其他部件中設置用于流體的管道，例如以允許第一流體流入主流向。這樣，通過其他部件可以擴展一個裝置，而不會失去它的流動特性或它的緊湊性。有利的是，例如，用于根據本專利技術的裝置的部件是重整器或熱交換器，例如也可以是加力燃燒室或預熱器的形式。在根據本專利技術的裝置的一些優選實施方式中，部件可以設置在燃料電池單元的一側，優選上游，并且至少一個另外的部件設置在燃料電池單元的相反側，優選下游。例如，熱交換器可以設置在燃料電池單元的上游側，使得熱氣流平行于裝置的縱向軸線流動并進入燃料電池單元的燃料電池中作為陰極流。直到離開燃料電池單元，這個陰極流仍舊沿著平行于裝置的縱向軸線的主流向進入并穿過設置在下游并鄰近燃料電池單元的重整器。在裝置的這種設置中，熱交換器中的第二流體流例如可以是來自燃料電池單元的陽極氣體與熱氣的混合物。隨后，這個混合物在熱交換器中氧化。所產生的熱用于(進一步)加熱陰極氣體，然后導入燃料電池單元的燃料電池中。隨后，來自燃料電池單元的排污口可以直接連接到相鄰設置的熱交換器的第二流體入口。燃料電池單元所產生的熱可用于設置在更下游的重整器中的重整行為。如果熱交換器設置在燃料電池單元的下游，第二流體例如可以是由熱交換器的第一熱流體加熱的冷卻氣體或冷卻液體。根據本專利技術的裝置的一個方面，燃料電池單元的高度和寬度對應于部件的高度和寬度。根據本專利技術的裝置的各部分的幾何形狀匹配允許以非常緊湊的方式設計裝置，并且允許改善流動和溫度特性。各個部分的相鄰設置不需要其他接口并且可以容易地用其他匹配部件來補充。雖然燃料電池單元可以是燃料電池的平面堆疊或者也可以是管狀燃料電池本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種裝置，該裝置包括：具有平行布置的多個燃料電池的燃料電池單元(2)，該燃料電池單元限定所述裝置的縱向軸線并且還限定與所述裝置的所述縱向軸線同軸的主流向(100)，其中，在所述燃料電池單元(2)的相反兩端設置有燃料電池入口和燃料電池出口，并且所述燃料電池入口和所述燃料電池出口與所述主流向(100)共線；并且所述裝置還包括：具有第一流體管道的部件(1，3)，所述第一流體管道被布置成平行于所述主流向(100)，并且所述第一流體管道包括設置在所述部件的相反兩端且與所述主流向(100)共線的第一流體入口和第一流體出口，并且其中，所述部件(1，3)被布置成鄰近所述燃料電池單元(2)，使得所述部件的所述第一流體入口和所述第一流體出口中的至少一者被布置成鄰近所述燃料電池出口和所述燃料電池入口中的至少一者，從而當進入所述裝置的流體流從所述部件流到所述燃料電池單元(2)或反之亦然時，所述流體流能在所述部件的所述第一流體管道中以及所述燃料電池單元(2)中以大體上平行于所述裝置的所述縱向軸線的方式流動。

【技術特征摘要】
2013.11.04 EP 13191429.31.一種裝置，該裝置包括：具有平行布置的多個燃料電池的燃料電池單元(2)，該燃料電池單元限定所述裝置的沿著該裝置的長度方向的縱向軸線并且還限定與所述裝置的所述縱向軸線同軸的主流向(100)，其中，在所述燃料電池單元(2)的相反兩端設置有燃料電池入口和燃料電池出口，并且所述燃料電池入口和所述燃料電池出口與所述主流向(100)共線；并且所述裝置還包括：具有第一流體管道的堆疊部件(1，3)，所述第一流體管道被布置成平行于所述主流向(100)，并且所述第一流體管道包括設置在所述堆疊部件的相反兩端且與所述主流向(100)共線的第一流體入口和第一流體出口，其中，所述堆疊部件(1，3)被布置成鄰近所述燃料電池單元(2)，使得所述堆疊部件的所述第一流體入口和所述第一流體出口中的至少一者被布置成鄰近所述燃料電池出口和所述燃料電池入口中的至少一者，從而當進入所述裝置的流體流從所述堆疊部件流到所述燃料電池單元(2)或反之亦然時，所述流體流能在所述堆疊部件的所述第一流體管道中以及所述燃料電池單元(2)中以大體上平行于所述裝置的所述縱向軸線的方式流動，所述堆疊部件(1，3)還包括具有第二流體入口和第二流體出口(3200)的第二流體管道，該第二流體管道用于使第二流體流過所述堆疊部件；其中，所述第二流體入口設置在所述堆疊部件(1，3)的一側的上游區域中，并且所述第二流體出口(3200)設置在所述堆疊部件的相反側的下游區域中，使得所述第二流體在所述第二流體管道的中央區域(13，33)中以實質上平行于所述主流向(100)的方式流動；其中，在所述第二流體管道的所述中央區域(13，33)中布置有阻擋機構，使得由所述阻擋機構在所述中央區域(13，33)中導致的所述第二流體的壓降高于在所述第二流體管道的入口分布區域(11，31)和出口收集區域(12，32)中導致的壓降。2.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述燃料電池單元(2)的高度(300)和寬度(400)對應于所述堆疊部件(1，3)的高度(300)和寬度(400)。3.根據權利要求1或2所述的裝置，其中，在所述燃料電池單元(2)和所述堆疊部件(1，3)之間布置有間隙(55，65)。4.根據權利要求1或2所述的裝置，其中，所述堆疊部件是熱交換器(1)或重整器(3)。5.根據權利要求1或2所述的裝置，其中，所述堆疊部件(1，3)被設置于所述燃料電池單元(2)的一側，并且至少一個另外的堆疊部件(3，1)被設置于所述燃料電池單元(2)的相反側。6.根據權利要求1或2所述的裝置，所述裝置還包括具有入口分布部分(50)的主入口(5)，其中，所述入口分布部分(50)在所述縱向軸線的方向上的深度是沿著所述裝置的高度(300)變化的。7.根據權利要求1或2所述的裝置，其中，在所述第二流體管道的所述入口分布區域(11，31)中、中央區域(13，33)中以及出口收集區域(12，32)中設置不同的阻擋機構，使得由所述中央區域(13，33)中的阻擋機構導致的所述第二流體的壓降比由所述入口分布區域(11，31)中和所述出口收集區域(12，32)中的阻擋機構導致的壓降高。8.根據...

【專利技術屬性】
技術研發人員：Y·德沃斯，JP·H·漢森斯，
申請(專利權)人：斯坎比亞控股塞浦路斯有限公司，
類型：發明
國別省市：塞浦路斯;CY