[發明專利]管狀固體氧化物燃料電池堆結構及其預熱方法

有效

• 申請號: 201110241948.2
• 申請日: 2011-08-23
• 公開（公告）號: CN102306818A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 李長久;李成新;楊冠軍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10;H01M8/06;H01M8/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 田洲

【技術領域】

本發明屬于能源、材料加工、電力領域，涉及燃料電池電池堆的結構，特別涉及一種管狀高溫固體氧化物燃料電池堆。

【背景技術】

高溫固體氧化物燃料電池(solid?oxide?fuel?cell，簡稱SOFC)特點為發電效率高，與燃氣輪機聯合發電，效率高達70％，且余熱質量高，如果再合理地利用余熱，其熱效率能夠達到80％以上。污染物接近零排放，為高效清潔的理想發電系統。

目前，國際上開發的SOFC結構主要有板狀和管狀兩種結構。板狀結構具有電流通道短、輸出電流密度與功率密度相對管狀較高和電池堆較緊湊等優點，但板狀結構存在高溫密封困難，高溫熱應力不匹配等技術難題；管狀結構具有無需高溫密封、熱應力較小且單電池組裝簡單，易實現大功率化等特點。

迄今，開發管狀結構的代表廠家主要有美國的西門子-西屋電氣公司(SWH)和日本的三菱重工(MHI)。1982年6月30日公開的歐洲專利第EP0055016A1號和1992年4月28日公開的美國專利第US5108850A號分別涉及了多孔陰極層作為支撐層的結構；1994年2月10日公開的日本專利第JP636782A號涉及了以多孔金屬管作為支撐的管狀結構；1993年7月2日公開的日本專利第JP5166517A號涉及到了多孔絕緣陶瓷作為支撐的管狀結構。

【發明內容】

本發明的目的在于提供一種管狀固體氧化物燃料電池堆及其預熱方法，能有效的保護管狀結構的固體氧化物燃料電池的陽極引線和陰極引線不被氧化，該電池堆可以直接通入天然氣或者煤氣作為燃料氣體。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種管狀固體氧化物燃料電池堆，包括電池堆保溫外殼，電池堆保溫外殼內設有氣體管道固定及氣體隔離板、電池固定及氣體隔離板和電池固定板，氣體管道固定及氣體隔離板、電池固定及氣體隔離板和電池固定板將電池堆分隔為燃料氣體和氧化氣體預熱區、陰極和陽極引線區和發電區三個互相獨立的區域。

本發明進一步的改進在于：所述氣體管道固定及氣體隔離板上設有通孔將燃料氣體和氧化氣體預熱區和陰極和陽極引線區。

本發明進一步的改進在于：所述電池堆保溫外殼內設有多個管狀固體氧化物燃料電池單體，管狀固體氧化物燃料電池單體包括開口端和封閉端，封閉端固定于電池固定板上，開口端固定于電池固定及氣體隔離板上。

本發明進一步的改進在于：所述電池堆還包括氧化性氣體管道和燃料氣體管道；氧化性氣體管道包括主氧化性氣體管道和連通主氧化性氣體管道的多個次氧化性氣體管道；主氧化性氣體管道從電池堆保溫外殼側壁伸入燃料氣體和氧化氣體預熱區，連通主氧化性氣體管道的次氧化性氣體管道固定于氣體管道固定及氣體隔離板上且穿過陰極和陽極引線區伸入發電區中；燃料氣體管道包括主燃料氣體管道和次燃料氣體管道，主燃料氣體管道從電池堆保溫外殼側壁伸入燃料氣體和氧化氣體預熱區，連通主燃料氣體管道的次燃料氣體管道固定于氣體管道固定及氣體隔離板上且伸入陰極和陽極引線區連接對應的管狀固體氧化物燃料電池單體。

本發明進一步的改進在于：管狀固體氧化物燃料電池單體排出的還原性氣體進入陰極和陽極引線區內，管狀固體氧化物燃料電池單體的陰極和陽極引線位于陰極和陽極引線區內。

本發明進一步的改進在于：發電區中排放出的多余高溫氧化性氣體引入燃料氣體和氧化氣體預熱區中。

本發明進一步的改進在于：所述管狀固體氧化物燃料電池單體包括金屬陶瓷支撐管，金屬陶瓷支撐管上面設有一層陶瓷絕緣層，陶瓷絕緣層之上分布著互相串聯的多個單電池元，各個單電池元通過連接極彼此串聯。

本發明進一步的改進在于：所述管狀固體氧化物燃料電池單體包括金屬陶瓷支撐管，金屬陶瓷支撐管上依次設有陽極、電解質、陰極和陰極匯流極。

為了實現上述目的，本發明預熱方法采用如下技術方案：

一種管狀固體氧化物燃料電池堆，包括電池堆保溫外殼，電池堆保溫外殼內設有氣體管道固定及氣體隔離板、電池固定及氣體隔離板和電池固定板，氣體管道固定及氣體隔離板、電池固定及氣體隔離板和電池固定板將電池堆分隔為燃料氣體和氧化氣體預熱區、陰極和陽極引線區和發電區三個區域。

所述氣體管道固定及氣體隔離板上設有通孔將燃料氣體和氧化氣體預熱區和陰極和陽極引線區連通。