本发明专利技术涉及一种管状固体氧化物燃料电池堆，包括电池堆保温外壳，电池堆保温外壳内设有气体管道固定及气体隔离板、电池固定及气体隔离板和电池固定板，气体管道固定及气体隔离板、电池固定及气体隔离板和电池固定板将电池堆分隔为燃料气体和氧化气体预热区、阴极和阳极引线区和发电区三个互相独立的区域。本发明专利技术中，电池单体的阳极引线和阴极引线处于还原性气氛的引线区中可以防止被氧化；本发明专利技术电池堆可以直接使用天然气或者煤气作为燃料气体，通入的天然气或者煤气在电池堆的发电区的高温环境下和燃气进气管中含有的镍做催化剂的条件下进行重整，重整生成的氢气和一氧化碳作为燃料与发电区中的氧气进行发电。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能源、材料加工、电力领域，涉及燃料电池电池堆的结构，特别涉及一种管状高温固体氧化物燃料电池堆。
技术介绍
高温固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，简称S0FC)特点为发电效率高，与燃气轮机联合发电，效率高达70%，且余热质量高，如果再合理地利用余热，其热效率能够达到80%以上。污染物接近零排放，为高效清洁的理想发电系统。目前，国际上开发的SOFC结构主要有板状和管状两种结构。板状结构具有电流通道短、输出电流密度与功率密度相对管状较高和电池堆较紧凑等优点，但板状结构存在高温密封困难，高温热应力不匹配等技术难题；管状结构具有无需高温密封、热应力较小且单电池组装简单，易实现大功率化等特点。迄今，开发管状结构的代表厂家主要有美国的西门子-西屋电气公司(SWH)和日本的三菱重工(MHI)。1982年6月30日公开的欧洲专利第EP0055016A1号和1992年4月 28日公开的美国专利第US5108850A号分别涉及了多孔阴极层作为支撑层的结构；1994年 2月10日公开的日本专利第JP636782A号涉及了以多孔金属管作为支撑的管状结构；1993 年7月2日公开的日本专利第JP5166517A号涉及到了多孔绝缘陶瓷作为支撑的管状结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种管状固体氧化物燃料电池堆及其预热方法，能有效的保护管状结构的固体氧化物燃料电池的阳极引线和阴极引线不被氧化，该电池堆可以直接通入天然气或者煤气作为燃料气体。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种管状固体氧化物燃料电池堆，包括电池堆保温外壳，电池堆保温外壳内设有气体管道固定及气体隔离板、电池固定及气体隔离板和电池固定板，气体管道固定及气体隔离板、电池固定及气体隔离板和电池固定板将电池堆分隔为燃料气体和氧化气体预热区、阴极和阳极引线区和发电区三个互相独立的区域。本专利技术进一步的改进在于所述气体管道固定及气体隔离板上设有通孔将燃料气体和氧化气体预热区和阴极和阳极引线区。本专利技术进一步的改进在于所述电池堆保温外壳内设有多个管状固体氧化物燃料电池单体，管状固体氧化物燃料电池单体包括开口端和封闭端，封闭端固定于电池固定板上，开口端固定于电池固定及气体隔离板上。本专利技术进一步的改进在于所述电池堆还包括氧化性气体管道和燃料气体管道； 氧化性气体管道包括主氧化性气体管道和连通主氧化性气体管道的多个次氧化性气体管道；主氧化性气体管道从电池堆保温外壳侧壁伸入燃料气体和氧化气体预热区，连通主氧化性气体管道的次氧化性气体管道固定于气体管道固定及气体隔离板上且穿过阴极和阳极引线区伸入发电区中；燃料气体管道包括主燃料气体管道和次燃料气体管道，主燃料气体管道从电池堆保温外壳侧壁伸入燃料气体和氧化气体预热区，连通主燃料气体管道的次燃料气体管道固定于气体管道固定及气体隔离板上且伸入阴极和阳极引线区连接对应的管状固体氧化物燃料电池单体。本专利技术进一步的改进在于管状固体氧化物燃料电池单体排出的还原性气体进入阴极和阳极引线区内，管状固体氧化物燃料电池单体的阴极和阳极引线位于阴极和阳极引线区内。本专利技术进一步的改进在于发电区中排放出的多余高温氧化性气体引入燃料气体和氧化气体预热区中。本专利技术进一步的改进在于所述管状固体氧化物燃料电池单体包括金属陶瓷支撑管，金属陶瓷支撑管上面设有一层陶瓷绝缘层，陶瓷绝缘层之上分布着互相串联的多个单电池元，各个单电池元通过连接极彼此串联。本专利技术进一步的改进在于所述管状固体氧化物燃料电池单体包括金属陶瓷支撑管，金属陶瓷支撑管上依次设有阳极、电解质、阴极和阴极汇流极。为了实现上述目的，本专利技术预热方法采用如下技术方案一种管状固体氧化物燃料电池堆，包括电池堆保温外壳，电池堆保温外壳内设有气体管道固定及气体隔离板、电池固定及气体隔离板和电池固定板，气体管道固定及气体隔离板、电池固定及气体隔离板和电池固定板将电池堆分隔为燃料气体和氧化气体预热区、阴极和阳极引线区和发电区三个区域。所述气体管道固定及气体隔离板上设有通孔将燃料气体和氧化气体预热区和阴极和阳极引线区连通。所述电池堆保温外壳内设有多个管状固体氧化物燃料电池单体，管状固体氧化物燃料电池单体包括开口端和封闭端，封闭端固定于电池固定板上，开口端固定于电池固定及气体隔离板上；管状固体氧化物燃料电池单体的阴极和阳极引线位于阴极和阳极引线区内。所述电池堆还包括氧化性气体管道和燃料气体管道；氧化性气体管道包括主氧化性气体管道和连通主氧化性气体管道的多个次氧化性气体管道；主氧化性气体管道从电池堆保温外壳侧壁伸入燃料气体和氧化气体预热区，次氧化性气体管道固定于气体管道固定及气体隔离板上且穿过阴极和阳极引线区伸入发电区中；燃料气体管道包括主燃料气体管道和连通主燃料气体管道的燃气进气管，主燃料气体管道从电池堆保温外壳侧壁伸入燃料气体和氧化气体预热区，燃气进气管固定于气体管道固定及气体隔离板上且伸入阴极和阳极引线区对应的管状固体氧化物燃料电池单体中。如果燃料气体在单电池管内实现重整，燃气进气管为材质中含有镍或铁等金属催化剂的金属管或金属陶瓷管，如果燃料气体在单电池管外部实现重整，燃气进气管可以为金属管、金属陶瓷管或陶瓷管。所述燃气进气管为金属管或金属陶瓷管，该金属或金属陶瓷管的材质中含有镍或铁金属催化剂；氧化性气体管道中通入氧气，燃料气体管道中通入碳氢化合物气体；碳氢化合物气体通过燃气进气管进入管状固体氧化物燃料电池单体内，燃气进气管的材质中含有催化剂镍或铁，碳氢化合物气体在发电区的管状固体氧化物燃料电池单体内进行重整；生成的氢气和一氧化碳在发电区与氧化性气体管道中通入的氧气进行发电。所述碳氢化合物气体为天然气、煤气或其它气体。所述管状固体氧化物燃料电池单体包括金属陶瓷支撑管，金属陶瓷支撑管上面设有一层陶瓷绝缘层，陶瓷绝缘层之上分布着互相串联的多个单电池元，各个单电池元通过连接极彼此串联。所述管状固体氧化物燃料电池单体包括金属陶瓷支撑管，金属陶瓷支撑管上依次设有阳极、电解质、阴极和阴极汇流极。一种管状固体氧化物燃料电池堆的预热方法，包括1)电池堆开始工作前，电池堆的预热到工作温度可以采用两种方式，一种是电加热，另一种为高温气体预热。需采用气体预热的方式时，预热气体需要外部提供，如果预热气体为惰性气体，预热气体从电池堆氧化性气体管道和燃料气体管道通入到电池堆内部，等电池堆温度升高至可以工作的温度， 然后燃料气体管道转换成燃料气体，氧化性气体管道转换成氧化性气体，电池堆开始发电； 2)电池堆开始工作后，通过氧化性气体管道通入的氧化性气体和通过燃料气体管道通入的燃料气体预热的方式采用高温气体预热。管状固体氧化物燃料电池单体排出的高温还原性气体进入燃料和氧化性气体预热区和阴极和阳极引线区，对氧化性气体管道中的氧化性气体和燃料气体管道内的燃气进行预热。可以将发电区中排放出的多余高温氧化性气体部分引入燃料气体和氧化气体预热区中，使氧化性气体和氧化气体预热区中的燃料气体燃烧进一步提高燃料和氧化性气体预热区的温度。本专利技术的其它一些特点是电池堆是由多个管状SOFC单体串并联组成，该管状SOFC单体的为一端封闭，一端开口的管状多孔金属陶瓷支撑体，支撑体外侧为一层多孔的陶瓷绝缘层，绝缘层外为互相串联的多个单电本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种管状固体氧化物燃料电池堆，其特征在于，包括电池堆保温外壳（７），电池堆保温外壳（７）内设有气体管道固定及气体隔离板（８）、电池固定及气体隔离板（９）和电池固定板（１０），气体管道固定及气体隔离板（８）、电池固定及气体隔离板（９）和电池固定板（１０）将电池堆分隔为燃料气体和氧化气体预热区（１）、阴极和阳极引线区（２）和发电区（３）三个区域。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李长久，李成新，杨冠军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87
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