固体氧化物燃料电池发电系统的电堆配气平台的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种固体氧化物燃料电池发电系统的电堆配气平台。


背景技术：

2.固体氧化物燃料电池电堆模组是用于开发大功率发电系统的基础部件，当前国外知名公司已经开发出较大规模模组并已经商业化，国内企业也在大力研发电堆模组，商业化步伐加快。作为固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，sofc)发电系统的研发单元，研发电堆模组对于降低发电系统成本，提高产品的竞争力至关重要。
3.其中电堆均匀配气是模组开发的关键技术之一，不均匀的气体分配将导致不均匀的反应和放热，导致电堆的电流密度、功率密度分布不均匀，热应力上升，局部氧化等问题，进而造成发电效率下降，甚至导致电堆局部失水、严重过热等，引起电池片或电堆性能恶化。配气平台就是保证在一定燃料、空气供应量的情况下，均匀分配电堆所需的燃料与空气，保证电流密度分布相对均匀，避免产生局部过热，降低电堆性能。目前，现有的配气平台无法保障各堆进气的均匀性，在使用时容易导致电堆性能降低。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对现有的配气平台无法保障各堆进气均匀性的问题，提供一种固体氧化物燃料电池发电系统的电堆配气平台。
5.本实用新型提供了一种固体氧化物燃料电池发电系统的电堆配气平台，包括：第一配气板、第二配气板、第三配气板、阴极配气管以及阳极配气管；
6.所述第一配气板、所述第二配气板以及所述第三配气板从上到下依次抵接，所述阴极配气管穿过所述第一配气板后与所述第二配气板连接，用于将空气通过所述第二配气板均匀的输送到所述第一配气板上的每个电堆底座槽内，所述阳极配气管穿过所述第三配气板后与所述第二配气板连接，用于将燃气通过所述第二配气板均匀的输送到每个所述电堆底座槽内。
7.上述固体氧化物燃料电池发电系统的电堆配气平台，由于每个堆底座槽内输送的空气均相等、燃气也均相等，从而可以保证在一定燃料、空气供应量的情况下，均匀分配多个电堆所需的燃料与空气，使其保障在有效范围内，保证电堆平稳运行。
8.在其中一个实施例中，每个所述电堆底座槽内均设置有一个第一空气入口和一个第一燃气入口；
9.所述第二配气板朝向所述第一配气板的一侧上设置有空气配气通道，所述阴极配气管穿过所述第一配气板后与所述空气配气通道连通，所述空气配气通道用于将空气均匀的输送每个所述第一空气入口中，所述第二配气板朝向所述第三配气板的一侧上设置有燃气配气通道，所述阳极配气管穿过所述第三配气板后与所述燃气配气通道连通，所述燃气配气通道用于将燃气均匀的输送到每个所述第一燃气入口中。
10.在其中一个实施例中，所述第二配气板上朝向所述第一配气板的一侧上设置有多个第二空气入口，每个所述第二空气入口均与所述空气配气通道连通，每个所述第二空气入口的大小均相等，且所述第二空气入口的位置与所述第一空气入口的位置相对应；
11.所述第二配气板上沿竖直方向还设置有多个第二燃气入口，每个所述第二燃气入口均与所述燃气配气通道连通，每个所述第二燃气入口的大小均相等，且所述第二燃气入口的位置与所述第一燃气入口的位置相对应。
12.在其中一个实施例中，还包括空气排气组件，所述空气排气组件设置在所述第二配气板上，所述空气排气组件通过所述第二配气板与每个所述电堆底座槽内的第一空气出口连通。
13.在其中一个实施例中，所述空气排气组件包括阴极尾气出气管，所述第二配气板朝向所述第三配气板的一侧上设置有空气出口通道和空气出气通道，所述阴极尾气出气管的一端位于外部，另一端与所述空气出口通道连通，所述空气出口通道与所述空气出气通道连通，所述空气出气通道与每个所述电堆底座槽内的第一空气出口连通。
14.在其中一个实施例中，所述第二配气板上沿竖直方向设置有多个第二空气出口，每个第二空气出口均与所述空气出气通道连通，每个所述第二空气出口的大小均相等，且所述第二空气出口的位置与所述第一空气出口的位置相对应。
15.在其中一个实施例中，还包括燃气排气组件，所述燃气排气组件设置在所述第二配气板上，所述燃气排气组件通过所述第二配气板与每个所述电堆底座槽内的第一燃气出口连通。
16.在其中一个实施例中，所述燃气排气组件包括阳极尾气出气管，所述第二配气板朝向所述第三配气板的一侧上燃气出口通道和燃气出气通道，所述阳极尾气出气管的一端位于外部，另一端与所述燃气出口通道连通，所述燃气出口通道与所述燃气出气通道连通，所述燃气出气通道与每个所述电堆底座槽内的第一燃气出口连通。
17.在其中一个实施例中，所述第二配气板上沿竖直方向设置有多个第二燃气出口，每个所述第二燃气出口均与所述燃气出气通道连通，每个所述第二燃气出口的大小相对，且所述第二燃气出口的位置与所述第一燃气出口的位置相对应。
18.在其中一个实施例中，所述第一配气板上沿竖直方向设置有第一通孔，所述第三配气板上沿竖直方向设置有第二通孔，所述第二配气板朝向所述第一配气板的一侧上设置有第一盲孔，所述第二配气板朝向所述第三配气板的一侧上设置有第二盲孔；
19.所述阴极配气管依次穿过所述第一通孔、所述第一盲孔后与所述空气配气通道连通，所述阳极配气管依次穿过所述第二通孔、所述第二盲孔后与所述燃气配气通道连通。
附图说明
20.图1为本实用新型一实施例提供的固体氧化物燃料电池发电系统的电堆配气平台的结构示意图；
21.图2为图1的爆炸图；
22.图3为图1中的第一配气板的俯视图；
23.图4为图1中的第二配气板的俯视图；
24.图5为图1中的第二配气板的仰视图。
25.图中标记如下：
26.10、第一配气板；101、电堆底座槽；102、第一空气入口；103、第一燃气入口；104、第一空气出口；105、第一燃气出口；106、第一通孔；20、第二配气板；201、第一盲孔；202、空气配气通道；203、第二空气入口；204、第二燃气入口；205、第二空气出口；206、第二燃气出口；207、第二盲孔；208、燃气配气通道；209、空气出口通道；2010、空气出气通道；2011、燃气出口通道；2012、燃气出气通道；30、第三配气板；40、阴极配气管；50、阳极配气管；60、阴极尾气出气管；70、阳极尾气出气管。
具体实施方式
27.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
28.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“水平”、“内”、“轴向”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。
29.此外，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
30.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
31.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
32.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语、“水平的”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
33.如图1并结合图2所示，本实用新型一实施例中，提供了一种固体氧化物燃料电池发电系统的电堆配气平台，包括：第一配气板10、第二配气板20、第三配气板30、阴极配气管40以及阳极配气管50，其中，第一配气板10、第二配气板20以及第三配气板30从上到下依次
抵接，阴极配气管40穿过第一配气板10后与第二配气板20连接，用于将空气通过第二配气板20均匀的输送到第一配气板10上的每个电堆底座槽101内，阳极配气管50穿过第三配气板30后与第二配气板20连接，用于将燃气通过第二配气板20均匀的输送到每个电堆底座槽101内。
34.采用上述技术方案，由于每个堆底座槽内输送的空气均相等、燃气也均相等，从而可以保证在一定燃料、空气供应量的情况下，均匀分配多个电堆所需的燃料与空气，使其保障在有效范围内，保证电堆平稳运行。
35.在一些实施例中，如图3并结合图4、图5所示，本技术中的每个电堆底座槽101内均设置有一个第一空气入口102和一个第一燃气入口103，同时，第二配气板20朝向第一配气板10的一侧上设置有空气配气通道202，阴极配气管40穿过第一配气板10后与空气配气通道202连通，空气配气通道202用于将空气均匀的输送每个第一空气入口102中，第二配气板20朝向第三配气板30的一侧上设置有燃气配气通道208，阳极配气管50穿过第三配气板30后与燃气配气通道208连通，燃气配气通道208用于将燃气均匀的输送到每个第一燃气入口103中。
36.具体地，本技术中的第一配气板10上对称设置有四个电堆底座槽101，且四个电堆底座槽101的结构均相同，每个电堆底座槽101内均设置有一个第一空气入口102、一个第一燃气入口103、一个第一空气出口104以及一个第一燃气出口105，在使用时，将四个电堆对应放置到四个电堆底座槽101内，通过阴极配气管40将空气输送到空气配气通道202内，然后空气配气通道202将空气均匀的输送到每个第一空气入口102，此时，空气通过第一空气入口102流入到对应的电堆内；同时，通过阳极配气管50将燃气输送到燃气配气通道208中，然后燃气配气通道208将燃气均匀的输送到每个第一燃气入口103，此时，燃气通过第一燃气入口103流入到对应的电堆内；由于每个堆底座槽内的电堆输送的空气均相等、燃气也均相等，从而可以保证在一定燃料、空气供应量的情况下，均匀分配多个电堆所需的燃料与空气，使其保障在有效范围内，保证电堆平稳运行。
37.在一些实施例中，如图4并结合图5所示，本技术中的第二配气板20上朝向第一配气板10的一侧上设置有多个第二空气入口203，每个第二空气入口203均与空气配气通道202连通，每个第二空气入口203的大小均相等，且第二空气入口203的位置与第一空气入口102的位置相对应；同时，第二配气板20上沿竖直方向还设置有多个第二燃气入口204，每个第二燃气入口204均与燃气配气通道208连通，每个第二燃气入口204的大小均相等，且第二燃气入口204的位置与第一燃气入口103的位置相对应。
38.具体地，上述第二配气板20上设置有四个第二空气入口203，四个第二空气入口203均与空气配气通道202连通，四个第二空气入口203的大小也相等，同时，第二配气板20上还设置有四个第二燃气入口204，四个第二燃气入口204均与燃气配气通道208连通，四个第二燃气入口204的大小均相等；
39.在使用时，通过阴极配气管40将空气输送到空气配气通道202内，然后空气配气通道202将空气均匀的输送到每个第二空气入口203内，每个第二空气入口203再将空气输送到对应的第一空气入口102中，由于四个第二空气入口203的大小相等，所以流入到四个第一空气入口102中的空气量也相等；同时，通过阳极配气管50将燃气输送到燃气配气通道208中，然后燃气配气通道208将燃气均匀的输送到每个第二燃气入口204内，每个第二燃气
入口204再将燃气输送到对应的第一燃气入口103中，由于四个第二燃气入口204的大小相等，所以流入到四个第一燃气入口103中的燃气量也相等。
40.在一些实施例中，为了方便经过电堆反应后的空气排出，本技术中的固体氧化物燃料电池发电系统的电堆配气平台还包括空气排气组件，该空气排气组件设置在第二配气板20上，空气排气组件通过第二配气板20与每个电堆底座槽101内的第一空气出口104连通。当空气经过电堆反应后，通过第一空气出口104、空气排气组件后排出。
41.具体地，如图2并结合图5所示，上述空气排气组件包括阴极尾气出气管60，第二配气板20朝向第三配气板30的一侧上设置有空气出口通道209和空气出气通道2010，其中，阴极尾气出气管60的一端位于外部，另一端与空气出口通道209连通，空气出口通道209与空气出气通道2010连通，空气出气通道2010与每个电堆底座槽101内的第一空气出口104连通。当空气经过电堆反应，通过第一空气出口104、空气出气通道2010、空气出口通道209、阴极尾气出气管60后排出。
42.进一步地，如图4并结合图5所示，本技术中的第二配气板20上沿竖直方向设置有多个第二空气出口205，每个第二空气出口205均与空气出气通道2010连通，每个第二空气出口205的大小均相等，且第二空气出口205的位置与第一空气出口104的位置相对应。
43.具体地，该第二配气板20上沿竖直方向设置有四个第二空气出口205，四个第二空气出口205均与空气出气通道2010连通，当空气经过电堆反应，通过第一空气出口104、第二空气出口205、空气出气通道2010、空气出口通道209、阴极尾气出气管60后排出。
44.在一些实施例中，为了方便经过电堆反应后的燃气排出，本技术中的固体氧化物燃料电池发电系统的电堆配气平台还包括燃气排气组件，该燃气排气组件设置在第二配气板20上，燃气排气组件通过第二配气板20与每个电堆底座槽101内的第一燃气出口105连通。当燃气经过电堆反应后，通过第一燃气出口105、燃气排气组件排出。
45.具体地，如图2并结合图5所示，上述燃气排气组件包括阳极尾气出气管70，第二配气板20朝向第三配气板30的一侧上燃气出口通道2011和燃气出气通道2012，其中，阳极尾气出气管70的一端位于外部，另一端与燃气出口通道2011连通，燃气出口通道2011与燃气出气通道2012连通，燃气出气通道2012与每个电堆底座槽101内的第一燃气出口105连通。当燃气经过电堆反应后，通过第一燃气出口105、燃气出气通道2012、燃气出口通道2011、阳极尾气出气管70后排出。
46.进一步地，如图4并结合图5所示，本技术中的第二配气板20上沿竖直方向设置有多个第二燃气出口206，每个第二燃气出口206均与燃气出气通道2012连通，每个第二燃气出口206的大小相对，且第二燃气出口206的位置与第一燃气出口105的位置相对应。
47.具体地，该第二配气板20上沿竖直方向设置有四个第二燃气出口206，四个第二燃气出口206均与燃气出气通道2012连通，当燃气经过电堆反应后，通过第一燃气出口105、第二燃气出口206、燃气出气通道2012、燃气出口通道2011、阳极尾气出气管70后排出。
48.在一些实施例中，为了方便阴极配气管和阳极配气管的连接，如图3并结合图4、图5所示，本技术中的第一配气板10上沿竖直方向设置有第一通孔106，第三配气板30上沿竖直方向设置有第二通孔，第二配气板20朝向第一配气板10的一侧上设置有第一盲孔201，第二配气板20朝向第三配气板30的一侧上设置有第二盲孔207，其中，阴极配气管40依次穿过第一通孔106、第一盲孔201后与空气配气通道202连通，阳极配气管50依次穿过第二通孔、
第二盲孔207后与燃气配气通道208连通。
49.综上所述，本实用新型在使用时，将四个电堆对应放置到四个电堆底座槽101内，通过阴极配气管40将空气输送到空气配气通道202内，然后空气配气通道202将空气均匀的输送到每个第二空气入口203内，每个第二空气入口203再将空气输送到对应的第一空气入口102中，由于四个第二空气入口203的大小相等，所以流入到四个第一空气入口102中的空气量也相等；同时，通过阳极配气管50将燃气输送到燃气配气通道208中，然后燃气配气通道208将燃气均匀的输送到每个第二燃气入口204内，每个第二燃气入口204再将燃气输送到对应的第一燃气入口103中，由于四个第二燃气入口204的大小相等，所以流入到四个第一燃气入口103中的燃气量也相等。由于每个堆底座槽内的电堆输送的空气均相等、燃气也均相等，从而可以保证在一定燃料、空气供应量的情况下，均匀分配多个电堆所需的燃料与空气，使其保障在有效范围内，保证电堆平稳运行。当空气经过电堆反应，通过第一空气出口104、第二空气出口205、空气出气通道2010、空气出口通道209、阴极尾气出气管60后排出。当燃气经过电堆反应后，通过第一燃气出口105、第二燃气出口206、燃气出气通道2012、燃气出口通道2011、阳极尾气出气管70后排出。
50.该配气平台针对电堆特有的进气、排气孔道布置，设计的配气平台，经过改造后可适用于多家厂家电堆和多种型号电堆；同时，该配气平台可以布置四个电堆，且电堆对称布置，各配气槽道及配气管道也呈对称布置，该设计从机械结构上充分保证了配气的均匀性，模拟及测试结果显示完全满足配气均匀性要求；该配气平台高度集成电堆，电堆布置紧凑，极大地节省了布置空间，有利于大功率固体氧化物燃料电池发电系统的小型化设计；该配气平台各电堆阴阳极入口与各配置支管相连通，极大地缩短了燃料和空气配气管道长度，减小了配气阻力，有利于空气、燃气均匀进入电堆。该配气平台将配气板分为三层，将四个电堆的阴极配气通道，阳极配气通道，阴极排气通道，阳气排气通道共四个通道以槽道的方式布设在配气板上，一方面相较于配气管道有利于保障配气机构的刚度和强度，另一方面，极大地提高了空间利用率。
51.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
52.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。