[發明專利]一種固體氧化物燃料電池高溫氣體換熱器

在審

• 申請號: 201711342580.2
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN107946612A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 李箭;楊佳軍;蒲健;池波;顏冬;賈禮超
• 申請（專利權）人: 武漢華科福賽新能源有限責任公司
• 主分類號: H01M8/04014
• 分類號: H01M8/04014;H01M8/12
• 代理公司: 北京華夏正合知識產權代理事務所(普通合伙)11017
• 代理人: 向敢

技術領域

本發明涉及熱交換技術領域，具體涉及一種固體氧化物燃料電池高溫氣體換熱器。

背景技術

固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種將碳氫燃料中的化學能通過電化學反應直接轉化為電能的裝置，具有轉化效率高、無污染、燃料選擇性低等優點。SOFC獨立發電系統包括電堆和外圍系統(BOP)，其工作過程如下：空氣經鼓風機輸入換熱器預熱，預熱后的空氣進入SOFC陰極；氫氣或其他重整后的碳氫燃料氣經過換熱器預熱后進入SOFC陽極；陰極中的空氣與陽極未反應完成的燃料氣進入燃燒室充分燃燒，燃燒后的熱煙氣進入換熱器對冷空氣和燃料氣進行預熱；從換熱器中流出的高溫煙氣仍然具有一定的利用價值，可用于透平機進行二次發電；經過上述過程后的熱煙氣也可滿足家庭供暖和熱水的需求熱。

SOFC目前工作溫度主要集中在中高溫(600-800℃)，因此要求換熱器最高工作溫度高于800℃，由于冷空氣/燃料氣進入換熱器前溫度接近室溫，故換熱器需耐受較大的溫度梯度，因此，高溫耐熱合金常作為換熱器的成型材料。由于換熱器結構復雜，不可能直接通過機械加工制備，需要對其結構進行拆分后分別成型，再進行拼接；由于熱煙氣、冷氣流道和外界環境需要絕對分離，故需保證拼接界面絕對密封。為保證換熱效率，換熱器隔離板所用的鋼板較薄，只能通過高溫釬焊來焊接不同組件。換熱器作為BOP的重要組成部分，需要保證盡可能高的熱交換效率。由于其結構復雜、工作環境惡劣，致使其加工難度極大，國內還鮮見針對固體氧化物燃料電池應用的高溫換熱器產品。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種固體氧化物燃料電池高溫氣體換熱器，該換熱器用于冷空氣和燃料氣的預熱，具有加工簡單、可靠性高、結構容易調整的優點。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種固體氧化物燃料電池高溫氣體換熱器，包括：

熱煙氣進/出管道，用于熱煙氣進入和排出換熱器；

冷空氣/燃料氣進/出管道，用于冷空氣/燃料氣進入和排出換熱器；

煙氣分流板，用于熱煙氣流通道中氣體的均勻分布；

冷空氣/燃料氣分流板，用于冷空氣/燃料氣流通道中氣體的均勻分布；

氣體分隔板，用于隔絕熱煙氣和冷空氣/燃料氣；

密封條，用于隔絕熱煙氣流通道與冷空氣/燃料氣流通道和換熱器的外部環境；

所述煙氣分流板、氣體分隔板和密封條組成熱煙氣流通道；所述冷空氣/燃料氣分流板、氣體分隔板和密封條組成冷空氣/燃料氣流通道；

所述熱煙氣流通道和冷空氣/燃料氣流通道組成一個結構單元，將所述結構單元在上下方向上依次整齊堆疊構成換熱器，所述熱煙氣流通道和冷空氣/燃料氣流通道在上下方向上交替分布，用于熱量交換。

優選的，所述熱煙氣進/出管道、冷空氣/燃料氣進/出管道、氣體分隔板、密封條之間均由高溫釬焊或激光焊接連接，用于保證每個界面的氣密性。

其中，所述熱煙氣進/出管道、冷空氣/燃料氣進/出管道、煙氣分流板、冷空氣/燃料氣分流板、氣體分隔板、密封條均由高溫耐熱合金制備而成。

在本發明優選實施例中，所述冷空氣/燃料氣分流板分為兩部分，分別為冷氣入口導流板和冷氣主分流板，所述冷氣入口導流板用于保證氣體均勻進入所述冷氣主分流板。

在本發明優選實施例中，所述熱煙氣分流板和冷空氣/燃料氣分流板的厚度略小于所述密封條厚度，用于保證可以插入所述熱煙氣流通道和冷空氣/燃料氣流通道中。

優選地，所述煙氣分流板和冷空氣/燃料氣分流板可通過滾壓或沖壓成型加工成不同形狀，用于增加氣體流動路程，提高換熱效率。

在本發明優選實施例中，所述密封條分為熱煙氣密封條和冷氣密封條，焊接在相鄰的氣體分隔板之間，且相間分布，用于為所述熱煙氣流通道和冷空氣/燃料氣流通道提供獨立的氣流腔。

本發明可將換熱器拆分為一個個結構單元，每個結構單元又拆分為規則形狀的小組件，保證每個焊接表面都是平面，在降低接難度的同時提高了焊接的可靠性，并易于檢查焊接質量。本發明可根據不同換熱器要求輕松地改變各個組件的尺寸和分流板的形狀以滿足不同換熱氣體量與流體阻力的要求。本發明提供的固體氧化物燃料電池高溫氣體換熱器，各部件采用高溫釬焊或激光焊接保證每個結合面的氣密性，每個重復單元可單獨加工，再進行整體加工，通過調整分流板的形狀和氣體分隔板厚度可以充分提高氣體的換熱效率，裝配簡單，穩定可靠。

附圖說明