一种固体氧化物电池气体分配器

本技术属于固体氧化物电池，具体而言，涉及一种固体氧化物电池气体分配器。

背景技术：

1、固体氧化物电池是一种高效的电化学能量转换装置，广泛应用于分布式发电、热电联供和新能源汽车等领域，在固体氧化物电池系统中，需要向多个电池单元供应燃料气体和氧化剂气体，气体分配器是实现气体均匀分配的关键部件。现有技术中常用的气体分配器主要采用简单的管道分流结构，即在一根主管道上分出多根支管道，每根支管道连接一个电池单元，这种分配方式的主要问题是气体在主管道中的流动状态不稳定，靠近气源入口的支管道容易获得较多的气体，而远离入口的支管道获得的气体较少，导致各个电池单元的供气量存在较大差异。为了改善分配均匀性，一些现有技术采用在分配器内部设置多孔板或筛网等阻流元件，试图通过增加流动阻力来均化气流，但这种方法会显著增加系统的压力损失，需要配备更大功率的气体输送设备，增加了系统的能耗和成本。还有一些现有技术采用复杂的多级分配管路，通过多次分流来实现均匀分配，但这种方案结构复杂，零部件众多，制造成本高，且管路连接处容易发生泄漏，特别是在固体氧化物电池的高温工作环境下，密封问题更加突出。现有的气体分配器普遍存在分配精度不高、压力损失大、结构复杂或可靠性差等问题，难以满足固体氧化物电池系统对气体均匀分配的严格要求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本实用新型提供了一种固体氧化物电池气体分配器，能够解决现有电池气体分配器的高速气流直接冲击分配腔体底部的出气孔，容易造成气体分配不均匀的技术问题。

2、本实用新型是这样实现的：

3、本实用新型提供一种固体氧化物电池气体分配器，其中，包括分配腔体、进气管道、出气管道和分流板；所述分配腔体呈圆筒形结构，所述分配腔体的顶部设有圆形进气孔，所述分配腔体的底部均匀分布有多个圆形出气孔；所述进气管道的一端与所述分配腔体的顶部的进气孔通过法兰连接，所述进气管道的另一端用于连接气源；所述出气管道的数量与所述出气孔的数量对应，每个所述出气管道的一端分别与对应的出气孔通过焊接方式固定连接；所述分流板设置在所述分配腔体的内部，所述分流板呈圆盘形，所述分流板的几何中心与所述分配腔体的几何中心在竖直方向上重合，所述分流板通过支撑杆与所述分配腔体的内壁连接，所述分流板的表面沿径向设置有多条弧形凹槽，所述弧形凹槽从所述分流板的中心区域向边缘区域延伸，所述弧形凹槽的深度沿径向逐渐增大。

4、本实用新型提供的一种固体氧化物电池气体分配器的技术效果如下：通过在分配腔体内部设置具有弧形凹槽的分流板，当气体从进气管道进入分配腔体后，气流首先撞击到分流板的中心区域，然后沿着弧形凹槽的引导向边缘区域扩散，由于弧形凹槽的深度沿径向逐渐增大，气流在扩散过程中速度得到调节，使得气体能够均匀分配到各个出气管道，避免了气体集中于某几个出气孔造成分配不均的问题，同时分流板的圆盘形结构与分配腔体的圆筒形结构相匹配，保证了气流分配的对称性和稳定性，提高了固体氧化物电池的工作效率。

5、在上述技术方案的基础上，本实用新型的一种固体氧化物电池气体分配器还可以做如下改进:

6、其中，所述分流板与所述分配腔体的顶部内表面之间的竖直距离大于所述分流板与所述分配腔体的底部内表面之间的竖直距离。

7、采用上述改进方案的有益效果为：通过使分流板与分配腔体顶部内表面之间的竖直距离大于分流板与底部内表面之间的竖直距离，气体从进气管道进入后在分流板上方形成较大的缓冲空间，使得高速进入的气流能够充分减速和扩散，避免气流直接冲击分流板中心造成局部压力过大，同时分流板下方的较小空间使得气体经过分流板引导后能够更快速地流向各个出气孔，这种上大下小的空间布局优化了气流的速度分布和压力分布，进一步提高了气体分配的均匀性。

8、进一步的，所述弧形凹槽的数量为6~12条，所述弧形凹槽沿所述分流板的圆周方向均匀分布，相邻两条所述弧形凹槽之间形成凸起的分流脊。

9、采用上述改进方案的有益效果为：通过设置6~12条沿圆周方向均匀分布的弧形凹槽，以及在相邻弧形凹槽之间形成凸起的分流脊，气流在分流板表面被分成多个独立的流道，每个弧形凹槽引导一部分气流向特定方向流动，分流脊则起到隔离和导向作用，防止相邻流道的气流相互干扰，这种多通道的分流结构使得进入的气体被均匀分割成多股，每股气流对应若干个出气孔，从而实现了气体的精确分配，避免了单一通道分流时可能出现的流量分配偏差，提高了分配器的整体性能。

10、进一步的，所述分流板的边缘设置有向下延伸的环形挡板，所述环形挡板的内表面与所述分配腔体的内壁之间形成环形通道。

11、采用上述改进方案的有益效果为：通过在分流板的边缘设置向下延伸的环形挡板，在环形挡板的内表面与分配腔体的内壁之间形成环形通道，气体经过分流板表面的弧形凹槽引导后到达分流板边缘时，环形挡板将气流进一步约束在环形通道内，使得气流沿着分配腔体的周向均匀流动后再进入底部的出气孔，这种设计增加了气流在到达出气孔之前的混合和均化过程，特别是对于分配腔体底部周边区域的出气孔，能够获得更加均匀的气体供应，消除了边缘效应可能导致的分配不均现象。

12、进一步的，所述分流脊的横截面呈梯形结构，所述分流脊靠近所述分流板中心的底边宽度大于远离所述分流板中心的顶边宽度。

13、采用上述改进方案的有益效果为：通过使分流脊的横截面呈梯形结构，且靠近分流板中心的底边宽度大于远离分流板中心的顶边宽度，这种梯形结构使得分流脊对气流的导向作用沿径向逐渐减弱，与弧形凹槽深度沿径向增大的设计相配合，在分流板中心区域气流速度较高时分流脊提供较强的导向和支撑，在边缘区域气流速度降低时分流脊的导向作用减弱以便气流更自由地进入环形通道，这种变化的梯形结构优化了整个分流板表面的流场分布，使得气流在各个径向位置都能得到合适的引导，进一步提高了分配均匀性。

14、进一步的，所述弧形凹槽的弧度为30°~60°，所述弧形凹槽在所述分流板的中心区域的起始深度为1~3mm，在所述分流板的边缘区域的终止深度为5~10mm。

15、采用上述改进方案的有益效果为：通过限定弧形凹槽的弧度为30°~60°，以及在分流板中心区域的起始深度为1~3mm、在边缘区域的终止深度为5~10mm，这些具体的几何参数确保了弧形凹槽对气流的引导作用既不会过强导致气流过度集中，也不会过弱导致引导效果不明显，30°~60°的弧度使得气流能够平滑地沿着凹槽方向偏转而不产生涡流，从1至3mm逐渐增大到5~10mm的深度变化使得气流截面积沿径向逐渐增大，与气流扩散后速度降低的规律相匹配，保持了气流的稳定性。

16、进一步的，所述进气管道的内径小于所述分配腔体的内径，所述出气管道的内径之和大于所述进气管道的内径。

17、采用上述改进方案的有益效果为：通过使进气管道的内径小于分配腔体的内径，以及出气管道的内径之和大于进气管道的内径，气体从较小直径的进气管道进入较大直径的分配腔体时，气流速度突然降低而压力升高，形成稳定的高压气体区域，有利于气体向各个方向均匀扩散，同时出气管道的总截面积大于进气管道的截面积，确保了气体能够顺畅地从分配腔体流出而不产生背压，这种进口小出口大的管径配置优化了分配器内部的压力分布，减少了气流的阻力损失，提高了分配效率。

18、进一步的，所述分配腔体由不锈钢材料制成，所述分流板由陶瓷材料或不锈钢材料制成。

19、采用上述改进方案的有益效果为：通过使分配腔体采用不锈钢材料，分流板采用陶瓷材料或不锈钢材料，不锈钢具有良好的耐腐蚀性和机械强度，能够承受固体氧化物电池工作时的高温高压环境，陶瓷材料具有优异的耐高温性能和化学稳定性，在高温氧化性气氛下不易发生腐蚀和变形，不锈钢分流板则具有较好的加工性能和成本优势，两种材料的选择为分配器在不同工况和成本要求下的应用提供了灵活性，同时这些材料都是公知的工业材料，易于获取和加工，保证了分配器的可靠性和经济性。

20、进一步的，所述支撑杆的数量为3~6根，所述支撑杆沿所述分配腔体的内壁周向均匀分布，所述支撑杆的一端与所述分流板的边缘固定连接，所述支撑杆的另一端与所述分配腔体的内壁焊接固定。

21、采用上述改进方案的有益效果为：通过设置3~6根沿分配腔体内壁周向均匀分布的支撑杆来连接分流板与分配腔体，支撑杆一端与分流板边缘固定连接，另一端与分配腔体内壁焊接固定，这种连接方式使得分流板在分配腔体内部的位置稳定可靠，不会因为气流冲击或温度变化而发生位移或倾斜，支撑杆的数量设置在3~6根既保证了足够的支撑强度，又不会因为支撑杆过多而对气流造成过大的阻碍，支撑杆的周向均匀分布确保了分流板受力均衡，延长了分配器的使用寿命。

22、进一步的，所述分配腔体的顶部内表面呈圆锥形结构，所述圆锥形结构的锥顶朝向所述分配腔体的底部，所述进气孔设置在所述圆锥形结构的锥底位置，所述圆锥形结构的锥面与所述分配腔体的竖直中心轴之间的夹角为15°~45°。

23、采用上述改进方案的有益效果为：通过将分配腔体的顶部内表面设计成圆锥形结构，锥顶朝向分配腔体底部，进气孔设置在锥底位置，圆锥形结构的锥面与竖直中心轴之间的夹角为15°~45°，气体从锥顶的进气孔进入后，圆锥形的内表面对气流起到预分配的引导作用，使得气流以锥顶为起点向四周均匀扩散，这种结构减少了气流直接冲击分流板中心点造成的应力集中，15°~45°~的锥角既保证了气流的扩散效果，又避免了锥角过大导致腔体高度增加，这种预分配设计与分流板的分流作用相结合，形成了两级分配系统，大幅提高了气体分配的均匀性和稳定性。

24、与现有技术相比较，本实用新型提供的一种固体氧化物电池气体分配器的有益效果是：本实用新型通过在分配腔体内部设置具有弧形凹槽的分流板，并配合圆锥形的腔体顶部结构和环形挡板，建立了多级气体分配系统，气体首先通过圆锥形顶部进行预分配，然后经过分流板表面的弧形凹槽引导进行精细分配，最后通过环形通道进行均化处理，这种多级分配机制有效解决了气体分配不均的问题，使得各个出气管道获得的气体流量偏差控制在较小范围内，保证了连接的各个固体氧化物电池单元能够在相同的工作条件下运行，提高了整个电池系统的工作效率和输出功率的稳定性。本实用新型采用的不锈钢和陶瓷等耐高温材料，以及法兰连接和焊接等可靠的连接方式，确保了分配器在固体氧化物电池的高温工作环境下能够长期稳定运行而不发生泄漏和变形，分流板通过支撑杆与腔体内壁牢固连接，避免了在气流冲击和温度应力作用下的位移，进一步提高了分配精度的稳定性。本实用新型的结构设计合理，零部件数量少，制造和装配工艺简单，成本低廉，易于推广应用，同时维护方便，使用寿命长，具有显著的经济效益和实用价值。