[发明专利]管状固体氧化物燃料电池堆结构及其预热方法

说明书

【技术领域】

本发明属于能源、材料加工、电力领域，涉及燃料电池电池堆的结构，特别涉及一种管状高温固体氧化物燃料电池堆。

【背景技术】

高温固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，简称SOFC)特点为发电效率高，与燃气轮机联合发电，效率高达70％，且余热质量高，如果再合理地利用余热，其热效率能够达到80％以上。污染物接近零排放，为高效清洁的理想发电系统。

目前，国际上开发的SOFC结构主要有板状和管状两种结构。板状结构具有电流通道短、输出电流密度与功率密度相对管状较高和电池堆较紧凑等优点，但板状结构存在高温密封困难，高温热应力不匹配等技术难题；管状结构具有无需高温密封、热应力较小且单电池组装简单，易实现大功率化等特点。

迄今，开发管状结构的代表厂家主要有美国的西门子-西屋电气公司(SWH)和日本的三菱重工(MHI)。1982年6月30日公开的欧洲专利第EP0055016A1号和1992年4月28日公开的美国专利第US5108850A号分别涉及了多孔阴极层作为支撑层的结构；1994年2月10日公开的日本专利第JP636782A号涉及了以多孔金属管作为支撑的管状结构；1993年7月2日公开的日本专利第JP5166517A号涉及到了多孔绝缘陶瓷作为支撑的管状结构。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种管状固体氧化物燃料电池堆及其预热方法，能有效的保护管状结构的固体氧化物燃料电池的阳极引线和阴极引线不被氧化，该电池堆可以直接通入天然气或者煤气作为燃料气体。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种管状固体氧化物燃料电池堆，包括电池堆保温外壳，电池堆保温外壳内设有气体管道固定及气体隔离板、电池固定及气体隔离板和电池固定板，气体管道固定及气体隔离板、电池固定及气体隔离板和电池固定板将电池堆分隔为燃料气体和氧化气体预热区、阴极和阳极引线区和发电区三个互相独立的区域。

本发明进一步的改进在于：所述气体管道固定及气体隔离板上设有通孔将燃料气体和氧化气体预热区和阴极和阳极引线区。

本发明进一步的改进在于：所述电池堆保温外壳内设有多个管状固体氧化物燃料电池单体，管状固体氧化物燃料电池单体包括开口端和封闭端，封闭端固定于电池固定板上，开口端固定于电池固定及气体隔离板上。

本发明进一步的改进在于：所述电池堆还包括氧化性气体管道和燃料气体管道；氧化性气体管道包括主氧化性气体管道和连通主氧化性气体管道的多个次氧化性气体管道；主氧化性气体管道从电池堆保温外壳侧壁伸入燃料气体和氧化气体预热区，连通主氧化性气体管道的次氧化性气体管道固定于气体管道固定及气体隔离板上且穿过阴极和阳极引线区伸入发电区中；燃料气体管道包括主燃料气体管道和次燃料气体管道，主燃料气体管道从电池堆保温外壳侧壁伸入燃料气体和氧化气体预热区，连通主燃料气体管道的次燃料气体管道固定于气体管道固定及气体隔离板上且伸入阴极和阳极引线区连接对应的管状固体氧化物燃料电池单体。

本发明进一步的改进在于：管状固体氧化物燃料电池单体排出的还原性气体进入阴极和阳极引线区内，管状固体氧化物燃料电池单体的阴极和阳极引线位于阴极和阳极引线区内。

本发明进一步的改进在于：发电区中排放出的多余高温氧化性气体引入燃料气体和氧化气体预热区中。

本发明进一步的改进在于：所述管状固体氧化物燃料电池单体包括金属陶瓷支撑管，金属陶瓷支撑管上面设有一层陶瓷绝缘层，陶瓷绝缘层之上分布着互相串联的多个单电池元，各个单电池元通过连接极彼此串联。

本发明进一步的改进在于：所述管状固体氧化物燃料电池单体包括金属陶瓷支撑管，金属陶瓷支撑管上依次设有阳极、电解质、阴极和阴极汇流极。

为了实现上述目的，本发明预热方法采用如下技术方案：

一种管状固体氧化物燃料电池堆，包括电池堆保温外壳，电池堆保温外壳内设有气体管道固定及气体隔离板、电池固定及气体隔离板和电池固定板，气体管道固定及气体隔离板、电池固定及气体隔离板和电池固定板将电池堆分隔为燃料气体和氧化气体预热区、阴极和阳极引线区和发电区三个区域。

所述气体管道固定及气体隔离板上设有通孔将燃料气体和氧化气体预热区和阴极和阳极引线区连通。