[发明专利]发电系统阴极换热器和电池模块

说明书

本发明涉及燃料电池的气体处理领域，具体地涉及一种发电系统阴极换热器和电池模块。发电系统阴极换热器包括间隔设置的多个隔板和设置在相邻隔板之间的波纹换热片，相邻隔板限定换热区，同换热区中波纹换热片的波峰均与一个隔板相贴合，波谷均与另一个隔板相贴合，使得隔板与波纹换热片之间限定多个流道，流道包括依次交替设置的高温侧流道和低温侧流道，相邻换热区的高温侧流道通过热气连通结构依次串接形成热气通路，相邻换热区的低温侧流道通过冷气连通结构依次串接形成冷气通路。该阴极换热器充分利用了空间，增大换热面积，同时多流程的换热方式可以实现均匀换热，热量损失和压损较小，提高换热效率。

技术领域

本发明涉及燃料电池的气体处理领域，具体地涉及一种发电系统阴极换热器和电池模块。

背景技术

CO2近零排放的合成气发电系统中，为实现热量平衡，阴极空气量通常为阳极燃气量的10～15倍，阳极气量较小，其热量平衡在系统中所占的比重较小，采用更为紧凑的板翅式换热器即可解决。阴极气量较大，对系统的热量平衡和流阻压损都占主导地位。现有技术的主要问题如下：

传统的板翅换热器通常采用方形结构，需要外置于模块外部，不利于多堆集成的发电模块的集成，无法有效利用空间和换热面积，造成系统比表面积增大，散热损失大，影响热效率；阴极换热器布置在环形系统最外侧低温侧，其表面积较大，流量大、散热损失较大；阴极气体流程较长，热量损失大，压损较大，易形成电堆进出口超压问题；采用流体单流程布置，换热面积较小，流通面积较小，影响换热效率和压力控制；阳极尾气处理后的烟气直接混入了阴极出口，虽然进行了尾气余热利用，无法直接进行CO2捕集工艺。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的发电系统阴极换热器空间利用率低、流程长、换热效率低的问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种发电系统阴极换热器，包括间隔设置的多个隔板和设置在相邻所述隔板之间的波纹换热片，相邻所述隔板限定换热区，同一所述换热区中，所述波纹换热片的波峰均与限定该换热区的一个隔板相贴合，所述波纹换热片的波谷均与限定该换热区的另一个隔板相贴合，使得所述隔板与所述波纹换热片之间限定多个流道，所述流道包括依次交替设置的用于流通阴极尾气的高温侧流道和用于通入阴极原料气的低温侧流道，相邻所述换热区的所述高温侧流道通过热气连通结构依次串接形成热气通路，相邻所述换热区的所述低温侧流道通过冷气连通结构依次串接形成冷气通路。

优选的，所述隔板为圆筒形隔板，多个所述隔板间隔套接，最内侧的所述隔板设置为用于通入纯氧烟气的高热管道。

优选的，与同一所述隔板贴附的两组所述波纹换热片的波峰、波谷的数量相同，其中一组所述波纹换热片的波峰均与一组所述波纹换热片的波谷对应设置，使得串接的所述流道之间形成第一间隔结构或第二间隔结构，所述第一间隔结构包括一层所述隔板，所述第二间隔结构包括一层所述隔板和与所述隔板相贴的两层所述波纹换热片。

优选的，所述冷气连通结构包括用于连通第一间隔结构两侧所述低温侧流道的第一冷通结构和用于连通第二间隔结构两侧所述低温侧流道的第二冷通结构，所述第一冷通结构包括设置在所述隔板延伸方向第一端的第二通气孔，使得相邻所述换热区的所述低温侧流道通过所述第二通气孔串接；

所述热气连通结构包括用于连通第一间隔结构两侧所述高温侧流道的第一热通结构和用于连通第二间隔结构两侧所述高温侧流道的第二热通结构，所述第一热通结构包括设置在所述隔板延伸方向第二端的第一通气孔，使得相邻所述换热区的所述高温侧流道通过所述第一通气孔串接。

优选的，所述波纹换热片延伸方向的第一端设置有上环形盖帽和用于封堵所述换热区的第一端的上环形端板，所述第二热通结构包括设置在所述上环形盖帽内的第一混合腔和设置在所述上环形端板上的多个第一输气孔，所述第一混合腔通过所述第一输气孔与相邻所述换热区的所述高温侧流道相连通，最内侧的所述隔板穿过所述上环形端板和所述上环形盖帽。