包含喷嘴结构的用于燃料电池堆的反应物进料和回料总成制造技术

提供用于促进固体氧化物燃料电池SOFC堆系统中的反应物进料流动的反应物进料和回料总成的各种实施例，例如阳极分流板ASP。实施例包含反应物进料和回料总成，其沿着反应物进料到燃料电池堆的流动路径包含至少一个喷嘴结构。所述至少一个喷嘴结构可包含沿着所述反应物的所述流动路径减小的宽度尺寸。所述总成的所述至少一个喷嘴结构可在所述反应物进料进入相邻燃料电池堆时加速所述反应物进料，并且可以为所述反应物进料提供足够的动能以抵消沿着穿过所述燃料电池堆的反应物流动路径的粘性阻力增加的影响。粘性阻力增加的影响。粘性阻力增加的影响。

【技术实现步骤摘要】
包含喷嘴结构的用于燃料电池堆的反应物进料和回料总成


[0001]本公开的实施例大体上涉及燃料电池系统，且尤其涉及具有喷嘴的进料和回料总成。

技术介绍

[0002]燃料电池是可将存储于燃料中的能量以高效率转化成电能的电化学装置。电解槽电池是可使用电能还原例如水等给定材料以产生例如氢等燃料的电化学装置。燃料电池和电解槽电池可包括在燃料电池和电解模式两者下操作的可逆电池。
[0003]在例如固体氧化物燃料电池(SOFC)系统的高温燃料电池系统中，使氧化流穿过燃料电池的阴极侧，同时使燃料流穿过燃料电池的阳极侧。氧化流通常是空气，而燃料流可以是烃燃料，例如甲烷、天然气、氢气、丙烷、乙醇或甲醇。在750℃至950℃之间的典型温度下运行的燃料电池能够将氧和游离氢结合，留下多余的电子。多余的电子穿过阳极与阴极之间的完整电路引导回燃料电池的阴极侧，从而导致电流流过所述电路。
[0004]燃料电池堆可在内部或外部针对燃料和空气实现歧管化。在内部歧管化堆中，利用堆内所含的提升管将燃料和空气分配给每个电池。换句话说，气体流动穿过每个燃料电池的支撑层(例如，电解质层)中的开口或孔和每个电池的气体分隔器。在外部歧管化堆中，在燃料和空气入口侧和出口侧，堆为开放的，且燃料和空气独立于堆硬件引入和收集。例如，入口和出口的燃料和空气在堆与堆所位于的歧管外壳之间的单独通道中流动。一些燃料电池堆可在内部针对第一反应物(例如，燃料)歧管化，并且在外部针对第二反应物(例如，空气)歧管化。
[0005]燃料电池电力产生系统可包含一或多个燃料电池堆和分配系统，所述分配系统将反应物流动流提供到堆中每个燃料电池的适当位置并且从燃料电池和堆中去除废气流。

技术实现思路

[0006]实施例包含一种用于燃料电池堆系统的反应物进料和回料总成，其包括：所述反应物进料和回料总成中的反应物进料开口；所述反应物进料和回料总成中的反应物出料开口；所述反应物进料和回料总成内的反应物进料通道，其与反应物进料管道流体连通；至少一个喷嘴结构，其与所述反应物进料通道和燃料电池堆的入口提升管通道流体连通，所述至少一个喷嘴结构的宽度尺寸沿着反应物穿过至少一个喷嘴结构流到所述入口提升管通道的方向减小；以及所述反应物进料和回料总成内的反应物出料通道，其与所述反应物出料管道流体连通。
[0007]其它实施例包含一种燃料电池堆系统，其包括：柱，其包括至少第一燃料电池堆和第二燃料电池堆；以及反应物进料和回料总成，其位于所述柱中的所述第一燃料电池堆与所述第二燃料电池堆之间。所述反应物进料和回料总成与所述第一燃料电池堆和所述第二燃料电池堆流体连通，并且被配置成向所述第一燃料电池堆和所述第二燃料电池堆中的每一者提供反应物进料以及从所述第一燃料电池堆和所述第二燃料电池堆中的每一者接收
反应物出料，并且其中所述反应物进料和回料总成沿着所述反应物进料的流动路径包括至少一个喷嘴结构，所述至少一个喷嘴结构的宽度尺寸沿着所述反应物进料的所述流动路径的方向减小。
附图说明
[0008]图1是现有技术SOFC堆总成的透视图。
[0009]图2是现有技术SOFC堆的透视图。
[0010]图3是现有技术SOFC堆的示意性侧视横截面图。
[0011]图4是现有技术SOFC堆的侧视横截面图。
[0012]图5A
‑
5B是SOFC端板中的现有技术燃料流的透视图。
[0013]图6A是用于SOFC堆柱的反应物进料和回料总成的分解视图。
[0014]图6B是示出反应物进料和回料总成和位于反应物进料和回料总成的上表面上的SOFC堆的透视图。
[0015]图7是通过图6B的阳极反应物进料和回料总成在柱中分离的一对燃料电池堆的随柱高度而变的温度分布曲线图。
[0016]图8A是根据本公开的实施例的阳极反应物进料和回料总成的顶部透视图。
[0017]图8B是总成的局部剖视图，示出图8A的区B。
[0018]图8C是沿着图8A中的线C
‑
C'的总成的局部侧视横截面图。
[0019]图9是根据本公开的实施例的阳极反应物进料和回料总成的局部侧视横截面图。
[0020]图10是示出随柱高度而变的燃料电池堆的比较燃料利用率(FU)分配的曲线图，其中使用了比较阳极进料和回料总成以及根据本公开实施例的阳极进料和回料总成。
具体实施方式
[0021]并入本文并且构成本说明书的一部分的附图示出了本专利技术的示例实施例，并且与上文给出的总体描述和下文给出的详细描述一起用于解释本专利技术的特征。
[0022]图1是现有技术SOFC堆总成200的局部分解透视图。在此实施例中，SOFC堆总成200包含多个燃料电池堆14，所述燃料电池堆在内部针对燃料歧管化且在外部针对空气歧管化，但应理解，也可以使用其它配置，例如在内部针对空气歧管化且在外部针对燃料歧管化的系统或在内部针对燃料和空气两者歧管化的系统。
[0023]如图1所示，楔形陶瓷侧挡板220(例如，在水平方向上具有不均匀厚度和大致三角形横截面形状)位于相邻燃料电池堆14(或燃料电池堆柱201)之间，其中一个侧挡板围封于区域A中。挡板220用于将阴极进料引导到阴极流动路径中并填充相邻堆之间的空间，使得阴极进料穿过堆14中的每一者而不是绕过堆14的纵向侧周围。挡板220由拉杆222保持就位，所述拉杆穿过位于挡板220中的每一者中心的紧密配合孔224。优选地，挡板220为非导电的，并且由合适的陶瓷材料制成一个整体件。图1还示出在堆柱中的堆之间的燃料分配歧管以及连接到歧管的燃料入口和出料管道。所属领域的技术人员将认识到，下文描述的实施例不限于在图1所示的特定总成结构中使用。
[0024]图2是包含一或多个燃料电池堆14的柱201的透视图，例如图1的区域A所示。图2示出各自包括竖直堆叠的燃料电池的多个燃料电池堆14。柱201可包含用于反应物的至少一
个进料/回料总成15。例如，对于在内部针对燃料歧管化的燃料电池系统，进料/回料总成15可被称为阳极进料/回料总成15。阳极进料/回料总成15可联接到阳极进料端口(图2中未示出)且可将阳极进料(例如，含燃料的反应物流)引导到一或多个燃料电池堆14中，并且可收集来自对应燃料电池堆14的阳极出料且将阳极出料引导到出料端口(图2中未示出)。阳极进料/出料总成15可包含位于柱201内(例如，图2所示的两个燃料电池堆14之间)的板形部分，并且还可包含从柱延伸出的突出部分808中的流体连接件端口。阳极进料/出料总成15可将阳极进料引导到位于柱201中阳极进料/出料总成15上方和下方的多个燃料电池堆14中并从中收集阳极出料。这种阳极进料/出料总成15也可被称为阳极分流板(ASP)。根据需要，可以在相邻燃料电池堆14之间设置任何数量的ASP 15。此外，柱201中的燃料电池堆14的数量和/或相应ASP 15之间的燃料电池堆14的数量可根据需要选择而不限于图2所示的配置。
[0025]图3是现有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池堆系统的反应物进料和回料总成，其包括：所述反应物进料和回料总成中的反应物进料开口；所述反应物进料和回料总成中的反应物出料开口；所述反应物进料和回料总成内的反应物进料通道，其与反应物进料管道流体连通；至少一个喷嘴结构，其与所述反应物进料通道和燃料电池堆的入口提升管通道流体连通，所述至少一个喷嘴结构的宽度尺寸沿着反应物穿过至少一个喷嘴结构流到所述入口提升管通道的方向减小；以及所述反应物进料和回料总成内的反应物出料通道，其与所述反应物出料管道流体连通。2.根据权利要求1所述的反应物进料和回料总成，其中：所述反应物进料和回料总成包括阳极分流板ASP；并且所述至少一个喷嘴结构包括第一喷嘴结构和第二喷嘴结构。3.根据权利要求2所述的反应物进料和回料总成，其中所述反应物进料通道位于所述总成的第一内壁与第二内壁之间，并且其中所述第一内壁中的开口限定所述第一喷嘴结构的进入口且所述第二内壁中的开口限定所述第二喷嘴结构的进入口。4.根据权利要求3所述的反应物进料和回料总成，其中：所述总成的所述第一内壁中的所述开口的宽度尺寸大于所述总成第一外表面中的开口的宽度尺寸；并且所述总成的所述第二内壁中的所述开口的宽度尺寸大于所述总成第二外表面中的开口的宽度尺寸。5.根据权利要求4所述的反应物进料和回料总成，其中所述总成的所述第一和第二外表面中的所述开口的所述宽度尺寸比所述总成的所述第一和第二内壁中的所述开口的所述宽度尺寸小30
‑
50％。6.根据权利要求4所述的反应物进料和回料总成，其中所述总成的所述第一内壁与所述第二内壁之间的高度尺寸大于所述总成的所述第一和第二外表面中的所述开口的所述宽度尺寸。7.根据权利要求4所述的反应物进料和回料总成，其中所述总成的所述第一内壁与所述第二内壁之间的所述高度尺寸小于所述总成的所述第一和第二内壁中的所述开口的所述宽度尺寸。8.根据权利要求4所述的反应物进料和回料总成，其中：所述第一喷嘴结构包括至少一个侧壁，所述至少一个侧壁成角度或弯曲以在所述总成的所述第一内壁中的所述开口与所述第一外表面中的所述开口之间提供所述第一喷嘴结构的所述宽度尺寸的逐渐减小；并且所述第二喷嘴结构包括至少一个侧壁，所述至少一个侧壁成角度或弯曲以在所述总成的所述第二内壁中的所述开口与所述第二外表面中的所述开口之间提供所述第二喷嘴结构的所述宽度尺寸的逐渐减小。9.根据权利要求8所述的反应物进料和回料总成，其中所述第一喷嘴结构的所述至少一个侧壁和所述第二喷嘴结构的所述至少一个侧壁相对于垂直线具有15
°
与35
°
之间的收敛角。
10.一种燃料电池堆系统，其包括：柱，其包括至少第一燃料电池堆和第二燃料电池堆；以及根据权利要求1所述的反应物进料和回料总成，其位于所述柱中的所述第一燃料电池堆与所述第二燃料电池堆之间。11.根据权利要求10所述的燃料电池堆系统，其中：所述至少一个喷嘴结构包括与所述反应物进料通道和所述第一燃料电池堆的第一入口提升管通道流体连通的第一喷嘴结构和与所述反应物进料通道和所述第二燃料电池堆的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：博隆能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：