[實(shí)用新型]陶瓷膜燃料電池電-熱聯(lián)供裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200720035647.3
• 申請(qǐng)日: 2007-03-23
• 公開（公告）號(hào): CN201048144Y
• 公開（公告）日: 2008-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟廣耀;劉銘飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/06
• 分類號(hào): H01M8/06;H01M8/24;H01M8/02;H01M2/02
• 代理公司: 安徽合肥華信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 陳進(jìn)

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于燃料電池領(lǐng)域，特別涉及陶瓷膜燃料電池的應(yīng)用技術(shù)。

背景技術(shù)

燃料電池(fuel?cell)是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。固體氧化物燃料電池(SOFC)，特別是其新一代基于陶瓷膜制備技術(shù)，以薄層化電解質(zhì)為核心的SOFC稱為陶瓷膜燃料電池(簡稱CMFC，以下均用CMFC表示)，其燃能轉(zhuǎn)化效率高，燃料適應(yīng)性廣，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定操作方便，對(duì)環(huán)境友好，是國際上公認(rèn)的21世紀(jì)綠色能源，是化石燃料和生物質(zhì)燃料轉(zhuǎn)化為電能的最佳換能技術(shù)，將成為高效分散電源，車船動(dòng)力能源，以至有可能最終取代目前火力發(fā)電而成為未來氫能社會(huì)的主要能源技術(shù)。

CMFC一般工作溫度在500～1000℃之間，而所用的燃料和氧化劑(一般是空氣)一般處于室溫。為了維持電池系統(tǒng)正常工作，需要提供熱量來預(yù)熱燃料和氧化劑。通常情況下，所需的熱量來自于電池本身工作時(shí)產(chǎn)生的電熱，或者通過未反應(yīng)的燃料燃燒來提供。如果將多余的熱能作為電池系統(tǒng)的副產(chǎn)品以其它形式加以回收利用，構(gòu)成能量綜合利用系統(tǒng)，可以大大提高能源的利用效率。例如，對(duì)于大型CMFC系統(tǒng)可以和燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，??燃?xì)廨啓C(jī)的尾氣余熱用于蒸汽輪機(jī)發(fā)電或另行利用等。

CMFC的單電池外形結(jié)構(gòu)上主要有管式和平板式兩種構(gòu)型，兩種構(gòu)型的區(qū)別主要在燃料與氧化劑的提供方式、單電池連接方式、電堆密封方式有所不同。雖然平板式CMFC有較高的體積輸出功率密度，但管式CMFC較平板式更容易解決密封問題，從而可以多次熱循環(huán)而無由于熱應(yīng)力造成結(jié)構(gòu)破壞之憂，且容易通過單電池的串聯(lián)和并聯(lián)組成大規(guī)模電池發(fā)電系統(tǒng)。

最近幾年，一種新型的集平板和管狀優(yōu)點(diǎn)于一身的扁平管結(jié)構(gòu)的CMFC被人們提出來，在2002年，ZL02113198.8中公開了一種多通道管狀陽極支撐結(jié)構(gòu)的CMFC，它具有眾多優(yōu)點(diǎn)和設(shè)計(jì)特點(diǎn)。但其未給出它在中小型的分布式能源裝置中的應(yīng)用。

中小型的分布式能源裝置(一般1kW至數(shù)10kW)是目前CMFC應(yīng)用開發(fā)的主要市場面向。對(duì)于使用這種中小型裝置的用戶來說，除了需要電能以外，往往還需要熱能，例如住房取暖和生活熱水。因此，如何構(gòu)建以CMFC為核心的電-熱聯(lián)供系統(tǒng)，由此來提高能源利用效率，并滿足我們高質(zhì)量的生活需要，是科技工作者需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實(shí)用新型提出了一種以上述多通道管狀陽極支撐結(jié)構(gòu)的CMFC組成的電池堆為核心的電-熱聯(lián)供裝置，有利于提高中小型CMFC分布式電源裝置的能源利用效率。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

本實(shí)用新型的陶瓷膜燃料電池電-熱聯(lián)供裝置，包括多通道管狀陽極支撐結(jié)構(gòu)的CMFC單電池組成的CMFC電池堆組，以及由燃?xì)夤岬睦錈崴粨Q裝置，其特征在于，所述多通道陽極支撐管狀結(jié)構(gòu)的CMFC單電池組成的CMFC電池堆組和由燃?xì)夤岬睦錈崴h(huán)裝置均包容在一個(gè)帶有保溫層的柱形殼體中，該殼體內(nèi)腔由隔熱層分為兩層，下層為燃料供應(yīng)室，設(shè)有燃料進(jìn)入管道，用于補(bǔ)充燃料；上層空腔再由一電絕緣陶瓷分隔板分隔為兩層，下層為燃料尾氣收集室；CMFC電池堆組放置在上層空腔中，它們沿殼體內(nèi)壁排列，并使構(gòu)成陽極的多通道管管口朝下，電池堆組與殼體內(nèi)壁之間以及電池堆組頂部與殼體內(nèi)頂面之間有用作空氣通道的縫隙，電池堆組各組之間采用導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)電學(xué)連接，并通過導(dǎo)線引到殼體外經(jīng)控制器轉(zhuǎn)換后與用戶的用電器連接；在電池堆組各組中間設(shè)有一個(gè)上小下大的由耐火材料構(gòu)成的階梯筒形件，它支撐在電絕緣陶瓷分隔板上，其下部的大空間用作加熱的燃燒室，其中還設(shè)有用來加熱空氣的熱交換器，該空氣熱交換器的進(jìn)氣口伸到殼體外，冷空氣經(jīng)預(yù)熱后從上部輸送到CMFC電池堆的陰極外側(cè)空間，階梯筒的上部引出殼體外作為尾氣排出通道，所述冷熱水交換管設(shè)置在該通道內(nèi)，其進(jìn)出管均引出殼體外，用于供用戶熱水；所述電絕緣陶瓷分隔板固定在殼體內(nèi)壁上，該分隔板的中部和周邊處均分布有通孔，其中部的孔在燃燒室范圍內(nèi)，構(gòu)成噴嘴形式，并在噴嘴附近設(shè)有一電子點(diǎn)火器；周邊處孔分別與CMFC電池堆組中各單電池的多通道管管口對(duì)應(yīng)，其中多通道的中心支管上安裝有電絕緣燃料導(dǎo)氣管，該導(dǎo)氣管的另一端穿過燃料尾氣收集室和隔熱層進(jìn)入燃料供應(yīng)室；其余的支管通過電絕緣陶瓷分隔板上的孔與燃料尾氣收集室連通，使燃料供應(yīng)室的燃料氣體經(jīng)電絕緣燃料導(dǎo)氣管進(jìn)入燃料電池的陽極室的中心支管，然后流經(jīng)陽極室的其它支管，最后經(jīng)燃料尾氣收集室噴向燃料室經(jīng)電子點(diǎn)火器點(diǎn)火燃燒。