[发明专利]一种具有交差-并流-对流综合优化特征的燃料电池堆

说明书

本发明公开了一种具有交差‑并流‑对流综合特征的燃料电池堆，包括：燃料入、出口主管道，两组空气入、出口主管道流道，电堆顶盖，电池单元，连接件，底盖。所述设计燃料出、入口主管道和空气出、入口主管道分别安置在不同的侧边，燃料侧使用并行蛇形流道，空气侧采用离散柱状直线流道，从而形成燃料与空气间的并流和对流综合流动模式。两组空气主管道对向安置，第一组空气主管道给单数层燃料电池单元供气，第二组空气主管道给双数层电池单元供气，相邻电池单元间相对流动，同时第一组空气入(出)主管道与第二组空气出(入)主管道交替排列，保证良好热量交换。除顶盖外，电堆中所有连接件结构完全一致，从而兼顾性能提升和加工简化要求。

技术领域

本发明涉及涉及固体氧化物燃料电池领域。

背景技术

燃料电池是一种将反应物化学能直接转化为电能的发电设备。作为一种高效、清洁且性能稳定的能源技术，其与传统的发电类型相比最大优点在于避开燃烧过程直接将燃料的化学能转化为输出电能，其能量转换效率不受“卡诺循环”的限制。

固体氧化物燃料电池(SOFC)是诸多燃料电池中最具商业化潜力的类型之一，其主要优点包括：具有高达50～60％的燃料使用效率，产物主要是水和高品质废热，对余热的二次利用总效率可高达80％以上；输出功率大，运行平稳且无噪声；燃料来源灵活，不仅适用于氢气、一氧化碳，也适用于天然气、煤气及生物质气等多种可再生碳氢燃料；低的温室气体排放；全固态部件不存在漏液、腐蚀等问题，且易于模块化组装；无需使用高价催化剂材料，成本相对较低。

目前SOFC电池堆主要包括平板型，管型，独石和锥形等，及与之对应的多种演化设计。其中平板式SOFC电堆设计具有结构简单，生成电流收集路径短，体积功率密度高等特殊优势而被广泛关注。过去数年中，国内SOFC相关的材料设计和电池单元制作工艺基本已达到国际商用化水平，然而如何通过合理的电堆设计方案来支持SOFC的高性能和长寿命运行仍是阻碍该技术最终实现普及商业化的关键因素。虽然，在过去数年中，有不少专利报道了新的平板式SOFC电堆的结构设计方案，但总体较国外技术相比仍有较大差距，和很大的改进空间。