固体氧化物燃料电池综合实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术的固体氧化物燃料电池综合实验装置属固体氧化物燃料电池（ＳＯＦＣ）发电系统的技术领域。一种固体氧化物燃料电池综合实验装置，结构有加热部分、ＳＯＦＣ工作区、燃料气体供给部分以及燃料气体重整部分组成。ＳＯＦＣ管（１６）与水平面同样成角度倾斜，采用一个公共的阴极燃料室（１５）；加热管（９）是Ｕ型的，尾气出口设置在装置的上部；ＳＯＦＣ管（１６）安装６组，分别控制阳极燃料输入流量和流速，其中３组经低温重整和高温重整及高温预热，另３组经高温预热。本发明专利技术加热管尾气不再影响燃烧器的燃烧效果；ＳＯＦＣ工作区温度场分布均匀；阴极燃料的流量和流速均匀一致；适合科学研究和实验中对ＳＯＦＣ性能的测试对比。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属固体氧化物燃料电池(SOFC)发电系统的
，特别涉及一种为在 科研或教学中使用的SOFC综合实验装置。。SOFC综合实验装置与SOFC发电系统相比较。它们的相同之处是S0FC的工作温 度、阳极燃料、阴极燃料、燃料电池的基本机构和工作原理等。它们的不同之处是S0FC是 小型(微型)化、SOFC的安装和拆卸应非常方便，因为，SOFC是小型(微型)化，燃料供应 量小，所以，需设独立的加热装置等。
技术介绍
固体氧化物燃料电池加热炉的研制，第九届全国固态离子学会会议文集，1998. 8， 294 305，单位吉林大学，作者裴力、吕喆、刘巍等。SOFC加热炉的研制主要包括装置由煤气加热部分、SOFC工作区两部分组成。煤气加热部分包括燃烧器和加热管。煤气燃料气体从管路经阀门进入燃烧器，煤 气的喷射，通过卷吸作用，从一次助燃空气入孔处吸入一次助燃空气，助燃空气和燃料气体 在燃烧器中进行混合，在喷嘴处完成混合。在此处点火后，层流预混火焰在加热管内燃烧。 此时，在燃烧器和加热管之间有二次助燃空气吸入。调节燃烧器的控制管，改变一次助燃空 气的流量，再经阀门调节燃料气体的流量，使助燃空气和燃料气体的流量达到最佳配比量， 其燃烧火焰由层流火焰转变为紊流扩散火焰。此外，技术的关键是燃烧器与加热管相交处， 也是二次助燃空气的入口处，二次助燃空气的流向对火焰的长度、加热管的温场分布都有 很大的影响。其技术的关键是燃烧器的喷嘴应安装在加热管的中心轴线上。当点火之后的 初期火焰是层流火焰，火焰的长度比较长，经过调节一次助燃空气和燃料气体的流量后，火 焰变为紊流火焰，火焰的长度随即变短。但是，随着加热管的内部温度升高，在燃烧器喷出 的混合气体流量的速度作用下，二次助燃空气吸入量也随之增加。因燃烧器与加热管的火 焰是同轴的，被吸入的二次助燃空气的流动方向基本与加热管平行，燃烧火焰的长度明显 增长。并且，在加热管的内部温度升高，燃烧速度明显提高，紊流火焰中气体各质点离开焰 面，分散成许多燃烧着的气体微团。它们随着可燃混合物和燃烧产物的流动而不断扩散，最 后完全燃尽。SOFC工作区在加热管的上部是SOFC工作区，SOFC工作区设置多个氧化铝管，氧 化铝管在加热管的上部并垂直。在每根氧化铝管的管内安装两个支架，两个支架上放S0FC， SOFC也是管状的，SOFC的轴心是与氧化铝管的轴心是同轴的，SOFC可以是单根S0FC，也可 是多个小SOFC串联的SOFC组。管状SOFC的外側是SOFC阴极，管状SOFC的内側是SOFC 阳极。在SOFC阴极与氧化铝管内側之间的环形空间是阴极燃料室(也是阴极燃料通道)， 向SOFC的阴极提供阴极燃料，阴极燃料可以选用空气或氧气。在管状SOFC内側的轴心，有 一根细的氧化铝管，它是SOFC阳极燃料输入管，向SOFC的阳极提供阳极燃料，阳极燃料可 以选用氢气。下面结合附图对
技术介绍
的SOFC加热炉的结构进一步叙述如下由图1 图6给出SOFC加热炉的结构，主要有装在外壳32内水平放置相互垂直 的燃烧器和固体氧化物燃料电池电解质管16 (以下记作SOFC管16)；左燃烧器和右燃烧器 29的喷嘴5同轴线的与加热管9 一端衔接，加热管9放置于外壳32内；SOFC管16、在SOFC 管16外面同轴的氧化铝管14和阳极燃料输入管17构成固体氧化物燃料电池；其中，SOFC 管16内表面为阳极，外表面为阴极，阳极燃料经阳极燃料输入口 12、阳极燃料输入管17进 入SOFC管16内，在SOFC管16外侧和氧化铝管14内侧围成的空间是阴极燃料室15。一排 加热管9之上是SOFC工作区、SOFC工作区11内加热管9上有氧化铝管14。外壳32开有 前门10和后门37，使氧化铝管14通过；13是阳极燃料排放口 ；19是支架，用于固定SOFC 管16和阳极燃料输入管17。燃烧器如图5所示，煤气燃料气体在煤气输入口 1输入，经阀门2进入燃烧器，煤 气的喷射，通过卷吸作用，从一次助燃空气入孔4处吸入一次助燃空气，一次助燃空气和燃 料气体在燃烧器中进行混合，在喷嘴5处完成混合。在此处点火后，层流预混火焰在加热管 9内燃烧。此时，在燃烧器和加热管9之间有二次助燃空气入口 6吸入助燃空气，调节燃烧 器的控制管7，改变一次助燃空气入孔4的流量，再经阀门2调节燃料气体的流量，使助燃 空气和燃料气体流量达到最佳配比量，其燃烧火焰由层流火焰转变为紊流扩散火焰。此外， 技术的关键是燃烧器与加热管9相交处，也就是二次助燃空气入口 6处，二次助燃空气的流 向对火焰的长度、加热管9的温场分布都有很大的影响。其技术的关键是燃烧器的喷嘴5 应安装在加热管9的中心轴线上。当点火之后的初期火焰是层流火焰，火焰的长度比较长， 经过调节一次助燃空气入孔4和燃料气体的流量阀门2后，火焰变为紊流火焰，火焰的长度 随即变短。但是，随着加热管9的内部温度升高，在燃烧器喷出的混合气体流量的速度作用 下，二次助燃空气吸入量也随之增加。因燃烧器与加热管9的火焰是同轴的，被吸入的二次 助燃空气的流动方向基本与加热管9平行，燃烧火焰的长度明显增长。并且，在加热管9的 内部温度升高，燃烧速度明显提高，紊流火焰中气体各质点离开焰面，分散成许多燃烧着的 气体微团。它们随着可燃混合物和燃烧产物的流动而不断扩散，最后完全燃尽。燃烧器上 的螺母3是将燃烧器固定在燃烧器支架20上。SOFC工作区部分的结构是在加热管9的上部是固体氧化物燃料电池工作区 11 (以下记为SOFC工作区11)，参见图5。如图1和图4所示，SOFC工作区11的前、后是前 门10和后门37，即SOFC工作区是开放的；SOFC工作区11内设置多个氧化铝管14，氧化铝 管14在加热管9的上部并垂直放置。在每根氧化铝管14的管内安装两个支架19，两个支 架19上放SOFC管16，SOFC管16也是管状的，SOFC管16的轴心是与氧化铝管14的轴心 是同轴的，SOFC管16可以是单根S0FC，也可是多个小SOFC串联的电池组。管状SOFC管 16的外側是SOFC阴极，管状SOFC管16的内側是SOFC阳极。在SOFC管16阴极与氧化铝 管14内側之间的环形空间是阴极燃料室15，向SOFC管16的阴极提供阴极燃料，阴极燃料 可以选用空气或氧气。在管状SOFC管16内側的轴心，有一根细的氧化铝管，它是SOFC的 阳极燃料输入管17，经阳极燃料输入口 12，向SOFC管16的阳极提供阳极燃料，阳极燃料可 以选用氢气或其它富氢气体。
技术实现思路
本专利技术给出一种新型SOFC性能实验装置，该装置客观的模仿了大型SOFC发电5系统，对电解质、阴极、阳极和燃料气体中的任何一个部分的研究成果，都需在一个小型的 SOFC综合性能实验装置上实验。从而，鉴别研究成果的性能和技术参数。本专利技术要解决的技术问题是，小型的SOFC综合性能实验装置需要解决的提高 SOFC的温度；SOFC工作区温度场分布均勻；消除加热管尾气对燃烧器的燃烧效果影响；为 科学实验设计多个温场、阴极燃料的流量和流速进一步均勻和一致的SOFC ；结构紧凑等。本专利技术的具体的技术方案如下。一种固体氧化物燃料电池综合实验装置，结构有外壳32，装在外壳32内相互垂直 的燃烧器和SOF本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体氧化物燃料电池综合实验装置，结构有外壳（３２），装在外壳（３２）内相互垂直的燃烧器和ＳＯＦＣ管（１６）；左燃烧器和右燃烧器（２９）的喷嘴（５）同轴线的与加热管（９）一端衔接，加热管（９）放置于外壳（３２）内，加热管（９）与外壳（３２）之间放置保温材料（３３）；阳极燃料经阳极燃料输入口（１２）、阳极燃料输入管（１７）进入ＳＯＦＣ管（１６）内；在ＳＯＦＣ管（１６）外侧有公共阴极燃料室（１５）；其特征是，所述的加热管（９）是Ｕ型的，Ｕ型加热管输出端（２２）与氧化铝制成的连接件（２４）密封连接；连接件（２４）的上半部是一个９０度的管状弯头，Ｕ型加热管输出端（２２）与连接件（２４）的内径相同；所述的加热管（９），尾气出口设置在ＳＯＦＣ性能实验装置的上部；所述的ＳＯＦＣ工作区（１１），在外壳（３２）内是封闭式的，是由Ｕ型加热管（２５）和连接件（２８）所围成区域；在ＳＯＦＣ工作区（１１）内，氧化铝板材制成的一个壳体与所有的ＳＯＦＣ管（１６）的外壁之间形成一个公共的阴极燃料室（１５）；ＳＯＦＣ工作区（１１）与水平面成角度倾斜，ＳＯＦＣ管（１６）与水平面同样成角度倾斜。

【技术特征摘要】
一种固体氧化物燃料电池综合实验装置，结构有外壳(32)，装在外壳(32)内相互垂直的燃烧器和SOFC管(16)；左燃烧器和右燃烧器(29)的喷嘴(5)同轴线的与加热管(9)一端衔接，加热管(9)放置于外壳(32)内，加热管(9)与外壳(32)之间放置保温材料(33)；阳极燃料经阳极燃料输入口(12)、阳极燃料输入管(17)进入SOFC管(16)内；在SOFC管(16)外侧有公共阴极燃料室(15)；其特征是，所述的加热管(9)是U型的，U型加热管输出端(22)与氧化铝制成的连接件(24)密封连接；连接件(24)的上半部是一个90度的管状弯头，U型加热管输出端(22)与连接件(24)的内径相同；所述的加热管(9)，尾气出口设置在SOFC性能实验装置的上部；所述的SOFC工作区(11)，在外壳(32)内是封闭式的，是由U型加热管(25)和连接件(28)所围成区域；在SOFC工作区(11)内，氧化铝板材制成的一个壳体与所有的SOFC管(16)的外壁之间形成一个公共的阴极燃料室(15)；SOFC工作区(11)与水平面成角度倾斜，SOFC管(16)与水平面同样成角度倾斜。2.按照权利要求1所述的固体氧化物燃料电池综合实验装置，其特征是，所述的SOFC 管(16)，安装6组；每组的阳极燃料输入端口 (53、66、67、68、69、70)分别与相对应的阳极 燃料压力表(47*6)连接，再分别与相对应的阳极燃料流量计(50*6)连接，在阳极燃料流量 计(50*6)上的阳极燃料调节旋钮(84*6)控制阳极燃料输入流量和流速；阴极燃料输入端 口(55)与阴极燃料压力表(54)连接，再与阴极燃料流量计(51)连接，在阴极燃料流量计 (51)上的阴极燃料调节旋钮(52)控制阴极燃料输入流量和流速。3.按照权利要求1或2所述的固体氧化物燃料电池综合实验装置，其特征是，所述的 SOFC管(16)，其中有3组的经阳极燃料流量计(50*6)后，用氧化铝管连接，再进入阳极燃 料低温预热室(90)和阳极燃料高温预热室(91)进行重整和预热后，经阳极燃料输出口 (56*6)输出，并与套有保温材料(33)的不锈钢管(81*6)连接，不锈钢管(81*6)与活接头 (89*6)连接，活接头(89*6)再与SOFC管(16)的阳极燃料输入口(12)连接，最后进入SOF...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴力，杜晓波，贺天民，刘晓梅，纪媛，沈羽，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]