【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及燃料電池系統(tǒng)，具體涉及一種固體氧化物燃料電池電堆模組及其使用方法。
技術(shù)介紹
1、固體氧化物燃料電池(solid?oxide?fuel?cell，簡(jiǎn)稱“sofc”)是所有發(fā)電設(shè)備中效率最高的一種發(fā)電技術(shù)，單機(jī)發(fā)電效率可達(dá)60％以上，且污染物排放水平低，是一種清潔低碳、安全高效的發(fā)電方式。因此被認(rèn)為是未來(lái)最有廣闊發(fā)展和應(yīng)用前景的一項(xiàng)新能源發(fā)電技術(shù)，眾多研究者都投身其中。
2、目前所研發(fā)的sofc單體電池結(jié)構(gòu)中，根據(jù)幾何形狀主要分為管式和平板式兩種基本結(jié)構(gòu)。管式sofc目前己在世界上示范運(yùn)行了多臺(tái)百千瓦級(jí)系統(tǒng)，表現(xiàn)出良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、耐高溫高壓的優(yōu)勢(shì)，而其不足之處在于功率密度低、制備成本高。平板式sofc電池結(jié)構(gòu)和制備工藝相對(duì)于管式sofc較為簡(jiǎn)單、制造成本較低，通過(guò)矩形電池片的不斷堆疊即可達(dá)到相應(yīng)的電堆功率需求。對(duì)于平板式單電池來(lái)說(shuō)，通常一片電池可以產(chǎn)生0.5-1v的電壓，為了產(chǎn)生足夠高的電壓，需要將若干單電池堆疊起來(lái)形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)即sofc電堆。sofc發(fā)電系統(tǒng)的核心是sofc電堆，sofc電堆需要具有良好的穩(wěn)定性和一致性，并且sofc電堆的功率要盡量高，才能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模大功率的發(fā)電系統(tǒng)。目前sofc單堆功率都比較小，大都在kw級(jí)別，為了實(shí)現(xiàn)大功率發(fā)電系統(tǒng)，需要將多個(gè)sofc電堆集成起來(lái)成為一個(gè)sofc電堆模組，需要解決空氣和燃料氣在多個(gè)sofc電堆之間分配均勻、電堆相互之間的導(dǎo)電、絕緣、壓緊等諸多問(wèn)題。
3、sofc電堆模組在理想狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，分配到個(gè)sofc電堆、每個(gè)電池流道的陰極和陽(yáng)極氣體
4、此外，多個(gè)電堆在堆疊成模組時(shí)，電堆與模組外罩、頂板、底板之間應(yīng)保持良好的絕緣；不同的電堆在高溫工況下對(duì)壓緊力的要求是不同的，例如壓縮式密封的電堆采用密封墊片進(jìn)行密封，需要較高的壓緊力才能保持良好的密封效果，因此電堆模組內(nèi)絕緣色劑、電堆壓緊方案的優(yōu)化對(duì)于提升電堆工作性能、延長(zhǎng)電堆模組的使用壽命具有重要意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、常規(guī)的大功率sofc系統(tǒng)采用的sofc電堆模組設(shè)計(jì)以矩陣堆疊為主，配備復(fù)雜的氣體分配板以實(shí)現(xiàn)sofc電堆模組內(nèi)各個(gè)sofc電堆氣體的均勻分配，但氣體分配板及管路設(shè)計(jì)復(fù)雜、繁重，模組內(nèi)電堆的壓緊設(shè)計(jì)復(fù)雜，且材料和加工成本高。為解決sofc系統(tǒng)sofc電堆模組氣體的均勻分配、簡(jiǎn)化電堆模組內(nèi)電堆的供氣管路和電堆壓緊方式，延長(zhǎng)sofc電堆模組使用壽命的同時(shí)，優(yōu)化sofc電堆布置、簡(jiǎn)化模組設(shè)計(jì)、降低材料和加工成本等，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：
2、本專利技術(shù)的第一目的在于提供一種固體氧化物燃料電池電堆模組，包括sofc電堆、燃料分配板、三通金屬陶瓷連接件、燃料入口管、燃料尾氣出口管、密封絕緣墊片、導(dǎo)電板、引電桿、模組風(fēng)罩、模組底板、模組頂板、壓緊螺桿、螺母、陶瓷彈簧、壓緊板、絕緣套管、耐高溫絕緣氈，sofc電堆模組內(nèi)的4個(gè)sofc電堆分為左右兩列布置，上下兩個(gè)sofc電堆之間采用一塊燃料分配板，左右兩塊燃料分配板之間采用三通金屬陶瓷連接件與燃料入口管和燃料尾氣出口管連接，確保了燃料完全均勻的分配到4個(gè)sofc電堆中，確保了sofc電堆模組發(fā)電過(guò)程中各個(gè)sofc電堆溫度場(chǎng)的均勻性和燃料利用率的一致性，有助于延長(zhǎng)sofc電堆模組使用壽命。
3、所述sofc電堆模組中的4個(gè)sofc電堆均采用開(kāi)放式陰極設(shè)計(jì)，新鮮的高溫空氣可以直接從sofc電堆前側(cè)表面進(jìn)入到sofc電堆內(nèi)部參與電化學(xué)反應(yīng)和換熱，空氣尾氣直接從sofc電堆后側(cè)表面流出sofc電堆；所述sofc電堆模組中的2個(gè)sofc電堆采用a型電堆、2個(gè)sofc電堆采用b型電堆，a型電堆正極位于電堆頂部、負(fù)極位于電堆底部、燃料的進(jìn)出口也位于電堆底部，b型電堆正極位于電堆頂部、負(fù)極位于電堆底部、燃料的進(jìn)出口位于電堆頂部；所述sofc電堆模組中，上層左側(cè)采用a型電堆、下層左側(cè)采用b型電堆、上層右側(cè)采用上下倒置的b性電堆、下層右側(cè)采用上下倒置的a型電堆。
4、所述模組底板上有兩個(gè)長(zhǎng)條形的空氣入口、兩個(gè)長(zhǎng)條形的空氣出口、一個(gè)圓形的燃料入口和一個(gè)圓形的燃料出口；新鮮空氣通過(guò)模組底板上的兩個(gè)空氣進(jìn)入到sofc電堆模組中，sofc電堆和模組風(fēng)罩、模組頂板之間以及sofc電堆之間的空隙填充所述耐高溫絕緣氈，防止空氣直接從這些空隙中流過(guò)而不進(jìn)入到sofc電堆內(nèi)部，以保證sofc電堆的正常工作。
5、所述sofc電堆的燃料入口、燃料出口分別與所述燃料分配板上的燃料口相對(duì)接，電堆和燃料分配板之間采用密封絕緣墊片，以防止可燃?xì)怏w泄露造成的安全風(fēng)險(xiǎn)；所述兩塊燃料分配板與所述燃料入口管、燃料尾氣出口管、三通陶瓷金屬連接件相連。
6、所述三通陶瓷金屬連接件的三個(gè)接口采用耐高溫不銹鋼、中間絕緣部分采用陶瓷、陶瓷和耐高溫不銹鋼結(jié)合的部分采用異種材料焊接以確保該部件在高溫下的氣密性。
7、上下兩個(gè)sofc電堆之間采用金屬導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)電連接，sofc電堆模組中下層的兩個(gè)sofc電堆通過(guò)底部的導(dǎo)電板實(shí)現(xiàn)電連接，上層的兩個(gè)sofc電堆分別與兩個(gè)所述引電桿相連，以實(shí)現(xiàn)sofc電堆模組的電流輸出；兩根引電桿外側(cè)套有絕緣套管，穿過(guò)所述模組頂板、壓緊板，以防止絕緣短路；導(dǎo)電板與模組底板之間有密封絕緣墊片、上層兩個(gè)sofc電堆與壓緊板之間有密封絕緣墊片，以防止絕緣短路。
8、所述sofc電堆模組內(nèi)部采用彈簧壓縮方式，主要包括所述壓緊板、壓緊螺桿、螺母、陶瓷彈簧，壓緊板和sofc電堆之間設(shè)置密封絕緣墊片，壓緊螺桿上端穿過(guò)壓緊板、下端與模組底板通過(guò)螺紋連接，配合螺母和陶瓷彈簧連接，壓緊sofc電堆模組內(nèi)4個(gè)電堆，防止sofc電堆模組內(nèi)的sofc電堆在高溫下膨脹泄露。
9、所述燃料分配板、壓緊板、燃料入口管、燃料尾氣出口管、導(dǎo)電板、引電桿、壓緊螺桿、螺母、模組風(fēng)罩、模組底板、模組頂板，所選材質(zhì)應(yīng)當(dāng)為耐高溫的金屬材料，如有需要應(yīng)設(shè)置降低金屬cr揮發(fā)的涂層，用于降低sofc電堆陰極受到的毒害、延長(zhǎng)sofc電堆模組的使用壽命。
10、本專利技術(shù)的第二目的在于提供上述固體氧化物燃料電池電堆模組使用方法，該方法包括如下內(nèi)容：①如果選用的壓緊螺桿和螺母是金屬材質(zhì)，電堆模組組裝時(shí)，壓降螺桿和螺母的結(jié)合面應(yīng)涂抹高溫防燒結(jié)膠，以確保高溫下壓緊螺桿和螺母不會(huì)燒結(jié)在一起，根據(jù)電堆更換需求，可對(duì)電堆模組進(jìn)行拆卸、重新組裝；也可選擇耐高溫非金屬材質(zhì)；②根據(jù)選用sofc電堆的壓緊力要求，選擇合適彈力的陶瓷本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種固體氧化物燃料電池電堆模組，包括SOFC電堆、燃料分配板、三通金屬陶瓷連接件、燃料入口管、燃料尾氣出口管、密封絕緣墊片、導(dǎo)電板、引電桿、模組風(fēng)罩、模組底板、模組頂板、壓緊螺桿、螺母、陶瓷彈簧、壓緊板、絕緣套管、耐高溫絕緣氈，SOFC電堆模組內(nèi)的4個(gè)SOFC電堆分為左右兩列布置，上下兩個(gè)SOFC電堆之間采用一塊燃料分配板，左右兩塊燃料分配板之間采用三通金屬陶瓷連接件與燃料入口管和燃料尾氣出口管連接，確保了燃料完全均勻的分配到4個(gè)SOFC電堆中，確保了SOFC電堆模組發(fā)電過(guò)程中各個(gè)SOFC電堆溫度場(chǎng)的均勻性和燃料利用率的一致性，有助于延長(zhǎng)SOFC電堆模組使用壽命。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池電堆模組，其特征在于，所述SOFC電堆模組中的4個(gè)SOFC電堆均采用開(kāi)放式陰極設(shè)計(jì)，新鮮的高溫空氣可以直接從SOFC電堆前側(cè)表面進(jìn)入到SOFC電堆內(nèi)部參與電化學(xué)反應(yīng)和換熱，空氣尾氣直接從SOFC電堆后側(cè)表面流出SOFC電堆；所述SOFC電堆模組中的2個(gè)SOFC電堆采用A型電堆、2個(gè)SOFC電堆采用B型電堆，A型電堆正極位于電堆頂部、負(fù)極位于電堆底部、燃料的進(jìn)出口
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池電堆模組，其特征在于，所述模組底板上有兩個(gè)長(zhǎng)條形的空氣入口、兩個(gè)長(zhǎng)條形的空氣出口、一個(gè)圓形的燃料入口和一個(gè)圓形的燃料出口；新鮮空氣通過(guò)模組底板上的兩個(gè)空氣進(jìn)入到SOFC電堆模組中，SOFC電堆和模組風(fēng)罩、模組頂板之間以及SOFC電堆之間的空隙填充所述耐高溫絕緣氈，防止空氣直接從這些空隙中流過(guò)而不進(jìn)入到SOFC電堆內(nèi)部，以保證SOFC電堆的正常工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池電堆模組，其特征在于，所述SOFC電堆的燃料入口、燃料出口分別與所述燃料分配板上的燃料口相對(duì)接，電堆和燃料分配板之間采用密封絕緣墊片，以防止可燃?xì)怏w泄露造成的安全風(fēng)險(xiǎn)；所述兩塊燃料分配板與所述燃料入口管、燃料尾氣出口管、三通陶瓷金屬連接件相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池電堆模組，其特征在于，所述三通陶瓷金屬連接件的三個(gè)接口采用耐高溫不銹鋼、中間絕緣部分采用陶瓷、陶瓷和耐高溫不銹鋼結(jié)合的部分采用異種材料焊接以確保該部件在高溫下的氣密性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池電堆模組，其特征在于，上下兩個(gè)SOFC電堆之間采用金屬導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)電連接，SOFC電堆模組中下層的兩個(gè)SOFC電堆通過(guò)底部的導(dǎo)電板實(shí)現(xiàn)電連接，上層的兩個(gè)SOFC電堆分別與兩個(gè)所述引電桿相連，以實(shí)現(xiàn)SOFC電堆模組的電流輸出；兩根引電桿外側(cè)套有絕緣套管，穿過(guò)所述模組頂板、壓緊板，以防止絕緣短路；導(dǎo)電板與模組底板之間有密封絕緣墊片、上層兩個(gè)SOFC電堆與壓緊板之間有密封絕緣墊片，以防止絕緣短路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池電堆模組，其特征在于，SOFC電堆模組內(nèi)部采用彈簧壓縮方式，主要包括所述壓緊板、壓緊螺桿、螺母、陶瓷彈簧，壓緊板和SOFC電堆之間設(shè)置密封絕緣墊片，壓緊螺桿上端穿過(guò)壓緊板、下端與模組底板通過(guò)螺紋連接，配合螺母和陶瓷彈簧連接，壓緊SOFC電堆模組內(nèi)4個(gè)電堆，防止SOFC電堆模組內(nèi)的SOFC電堆在高溫下膨脹泄露。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池電堆模組，其特征在于，所述燃料分配板、壓緊板、燃料入口管、燃料尾氣出口管、導(dǎo)電板、引電桿、壓緊螺桿、螺母、模組風(fēng)罩、模組底板、模組頂板，所選材質(zhì)應(yīng)當(dāng)為耐高溫的金屬材料，如有需要應(yīng)設(shè)置降低金屬Cr揮發(fā)的涂層，用于降低SOFC電堆陰極受到的毒害、延長(zhǎng)SOFC電堆模組的使用壽命。
9.如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的固體氧化物燃料電池電堆模組的使用方法，其特征在于，包括如下內(nèi)容：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種固體氧化物燃料電池電堆模組，包括sofc電堆、燃料分配板、三通金屬陶瓷連接件、燃料入口管、燃料尾氣出口管、密封絕緣墊片、導(dǎo)電板、引電桿、模組風(fēng)罩、模組底板、模組頂板、壓緊螺桿、螺母、陶瓷彈簧、壓緊板、絕緣套管、耐高溫絕緣氈，sofc電堆模組內(nèi)的4個(gè)sofc電堆分為左右兩列布置，上下兩個(gè)sofc電堆之間采用一塊燃料分配板，左右兩塊燃料分配板之間采用三通金屬陶瓷連接件與燃料入口管和燃料尾氣出口管連接，確保了燃料完全均勻的分配到4個(gè)sofc電堆中，確保了sofc電堆模組發(fā)電過(guò)程中各個(gè)sofc電堆溫度場(chǎng)的均勻性和燃料利用率的一致性，有助于延長(zhǎng)sofc電堆模組使用壽命。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池電堆模組，其特征在于，所述sofc電堆模組中的4個(gè)sofc電堆均采用開(kāi)放式陰極設(shè)計(jì)，新鮮的高溫空氣可以直接從sofc電堆前側(cè)表面進(jìn)入到sofc電堆內(nèi)部參與電化學(xué)反應(yīng)和換熱，空氣尾氣直接從sofc電堆后側(cè)表面流出sofc電堆；所述sofc電堆模組中的2個(gè)sofc電堆采用a型電堆、2個(gè)sofc電堆采用b型電堆，a型電堆正極位于電堆頂部、負(fù)極位于電堆底部、燃料的進(jìn)出口也位于電堆底部，b型電堆正極位于電堆頂部、負(fù)極位于電堆底部、燃料的進(jìn)出口位于電堆頂部；所述sofc電堆模組中，上層左側(cè)采用a型電堆、下層左側(cè)采用b型電堆、上層右側(cè)采用上下倒置的b性電堆、下層右側(cè)采用上下倒置的a型電堆。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池電堆模組，其特征在于，所述模組底板上有兩個(gè)長(zhǎng)條形的空氣入口、兩個(gè)長(zhǎng)條形的空氣出口、一個(gè)圓形的燃料入口和一個(gè)圓形的燃料出口；新鮮空氣通過(guò)模組底板上的兩個(gè)空氣進(jìn)入到sofc電堆模組中，sofc電堆和模組風(fēng)罩、模組頂板之間以及sofc電堆之間的空隙填充所述耐高溫絕緣氈，防止空氣直接從這些空隙中流過(guò)而不進(jìn)入到sofc電堆內(nèi)部，以保證sofc電堆的正常工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池電堆模組，其特征在于，所...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：白帆飛，丁偉彬，陳東興，焦伙明，鄧振成，黎嘉杰，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：廣東佛燃科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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