一种固体氧化物燃料电池的高温均热连接体制造技术

本发明专利技术公开了一种固体氧化物燃料电池的高温均热连接体，其包括：均热板和多根均热肋条，均热板设有毛细吸液芯、相变传热工质、蒸汽腔体、支撑块和均热板壳；多根均热肋条设置于均热板的板表面，相邻均热肋条形成气体流道，均热肋条内部设置有毛细吸液芯、相变传热工质、蒸汽腔体，毛细吸液芯为相变传热工质提供流动通道，促进液体回流，通过相变传热工质的气液相变原理将电堆内部高温区域的热量传输至低温区域，实现快速热交换。实现快速热交换。实现快速热交换。

【技术实现步骤摘要】
一种固体氧化物燃料电池的高温均热连接体


[0001]本专利技术涉及固体氧化物燃料电池的领域，特别涉及一种固体氧化物燃料电池的高温均热连接体。

技术介绍

[0002]固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是一种直接将燃料中的化学能转化为电能的能量转换装置，不受卡诺循环的限制。因其能量转化率高、全固态、燃料多样性、模块化组装、环境友好等特点而受到了国内外研究者的关注。目前，SOFC较高的工作温度(600℃～1000℃)以及发电过程中释放大量的热使得SOFC电堆的热管理技术成为影响其进一步商业化应用的因素之一。实际工况下，受气体流动、电化学反应、结构力学、物质传递等多物理场共同影响，SOFC电堆内部通常存在温度分布不均的情况。一般来讲靠近燃料入口处的中段区域的温度要明显高于燃料入口处以及燃料出口处的温度；以烃基燃料为例，由于入口处主要发生高吸热的燃料重整反应而中后段主要发生高放热的燃料燃烧反应，电堆中后段温度明显高于燃料入口处温度。当高温区域的热量不能及时传递至低温区域或者电堆内部存在过大的温度梯度时，往往会造成材料蠕变、脱层、开裂甚至电池片烧穿等现象，导致电堆整体输出性能衰减、长期稳定性降低等结果。为降低电堆内部温度梯度及维持电堆热平衡，通常采用铁基不锈钢合金连接体进行内部热量传递，并通入过量空气(空气冷却)带走多余热量。然而，高温下铁基不锈钢合金连接体导热系数有限，不能满足电堆内部导热需求；同时空冷设备需要消耗多余的能量，使得SOFC系统整体输出能力降低。针对这一问题，本专利技术设计了一种用于固体氧化物燃料电池的高温均热连接体，利用气液相变传热实现电堆内部高效传热，达到降低内部温度梯度的目的。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的在于提供一种固体氧化物燃料电池的高温均热连接体，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
[0004]为解决上述技术问题所采用的技术方案：
[0005]本专利技术提供一种固体氧化物燃料电池的高温均热连接体，其包括：均热板和多根均热肋条，均热板设有毛细吸液芯、相变传热工质、蒸汽腔体、若干支撑块和均热板壳；多根均热肋条设置于均热板的板表面，所述均热肋条相互之间形成气体流道，所述均热肋条内部设置有毛细吸液芯、相变传热工质、蒸汽腔体。
[0006]本专利技术的有益效果是：在使用时，均热板可通过均热肋条与单电池紧贴，此时的均热肋条设置于均热板的燃料侧，相邻均热肋条形成气体流道。该气体流道可作为电堆内部流道供燃料气体流通，电堆局部高温区域的热量可通过均热肋条和气体流道传递至均热板；均热肋条设置于均热板的空气侧形成气体流道，气体流道供外部空气流通，通过空冷设备强制对流带出均热板的热量，并且在均热板和均热肋条内均设置有毛细吸液芯、相变传热工质，毛细吸液芯为相变传热工质提供流动通道，促进液体回流，通过相变传热工质的气
液相变原理将电堆内部高温区域的热量传输至低温区域，实现快速热交换。
[0007]当电堆内部存在局部高温时，高温区域(蒸发区)均热板内的液态相变传热工质吸收热量蒸发为气态，在均热板内形成有供气体流动的蒸汽腔体，之后气态相变传热工质在气压的作用下向低温区域(冷凝区)扩散，途中(传质区)不断释放热量，至冷凝区后冷凝为液态，并在毛细作用和重力作用下回流至高温区域，进入下一个换热循环，一方面，该循环实现了电堆内部的快速热交换，降低了温度梯度；另一方面，过多的热量经均热板另一侧的空气通过强制对流带出电堆，避免了电堆内部的热积累，维持了电堆整体稳定工况，同理均热肋条也设有类似上述的蒸发端、传质端、冷凝端，也加快均热肋条导热的效率和均匀性。
[0008]若干支撑块可提高均热板结构强度，防止因热应力等原因造成变形或泄漏。
[0009]作为上述技术方案的进一步改进，所述支撑块、均热板壳、均热肋条和毛细吸液芯均为不锈钢构件。不锈钢构件可提高导热效果，延长使用寿命。
[0010]作为上述技术方案的进一步改进，所述相变传热工质为金属Na液体或金属K液体或金属Na
‑
K混合液体。通过高温区域吸热、低温区域放热实现气液相变，达到内部快速热交换的目的。
[0011]作为上述技术方案的进一步改进，所述均热板相对的两个板表面均设置有多根均热肋条，均热肋条之间形成气体流道供燃料气体或空气流通。
[0012]其中一板表面的均热肋条所形成的气体流道作为电堆内部流道供燃料气体流通，另一板表面的均热肋条所形成的气体流道作为空气流动通道，提高散热。
[0013]作为上述技术方案的进一步改进，多根均热肋条呈平行排布、蛇形排布、交叉排布、点状排布、网格排布或螺旋排布。
[0014]作为上述技术方案的进一步改进，所述气体流道还可以通过冲压成型、机械加工和化学腐蚀成型等方式在高温均热连接体壳体上进行加工，所述均热板与均热肋条一体成型。
[0015]作为上述技术方案的进一步改进，所述气体流道的横截面为矩形、圆形、三角形、梯形或弓形。
[0016]作为上述技术方案的进一步改进，所述均热连接体为导电构件，均热连接体除了具备快速热交换能力之外，还具备优异的电导性
[0017]所述均热板和均热肋条表面涂有保护层，保护层用于抑制不锈钢材料高温下的Cr元素蒸发现象，保护层材料包括但不限于稀土金属(Y、La、Ce、Hf等)氧化物材料、钙钛矿氧化物材料(LaCoO3、La1‑
x
Sr
x
CoO3、La1‑
x
Sr
x
MnO3等)、尖晶石氧化物材料(MnCo2O4、MnCr2O4等)。
[0018]所述毛细吸液芯的形态为多孔介质或微沟槽或其他几何形状。
附图说明
[0019]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明；
[0020]图1是本专利技术所提供的高温均热连接体，其一实施例的气体流道通过机械加工形成的剖视图；
[0021]图2是本专利技术所提供的一个单电池与两个高温均热连接体，其一实施例的剖视图；
[0022]图3是本专利技术所提供的高温均热连接体，其一实施例的气体流道为平行流道的示意图；
[0023]图4是本专利技术所提供的高温均热连接体，其一实施例的气体流道为蛇形流道的示意图；
[0024]图5是本专利技术所提供的高温均热连接体，其一实施例的气体流道为交指流道的示意图。
具体实施方式
[0025]本部分将详细描述本专利技术的具体实施例，本专利技术之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本专利技术的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本专利技术保护范围的限制。
[0026]在本专利技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电池的高温均热连接体，其特征在于：其包括：均热板(100)，所述均热板(100)设有毛细吸液芯(200)、相变传热工质、蒸汽腔体(300)、若干支撑块(111)、均热板壳(800)，所述相变传热工质填充于毛细吸液芯(200)内；多根均热肋条(400)，其设置于均热板(100)的板表面，所述均热肋条(400)相互之间形成气体流道(500)，所述均热肋条(400)内部设置有毛细吸液芯(200)、蒸汽腔体(300)、相变传热工质，所述相变传热工质填充于毛细吸液芯(200)内。2.根据权利要求1所述的一种固体氧化物燃料电池的高温均热连接体，其特征在于：所述支撑块(111)、均热板壳(800)、均热肋条(400)和毛细吸液芯(200)均为不锈钢构件。3.根据权利要求1所述的一种固体氧化物燃料电池的高温均热连接体，其特征在于：所述相变传热工质为金属Na液体或金属K液体或金属Na
‑
K混合液体。4.根据权利要求1所述的一种固体氧化物燃料电池的高温均热连接体，其特征在于：所述均热板(100)相对的两个板表面均设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娜，张仕伟，李栋，高翔，袁伟，汤勇，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：