管式SOFC重整器及具有其的燃料电池电堆的制作方法

管式sofc重整器及具有其的燃料电池电堆
技术领域
1.本发明涉及重整器技术领域，尤其是涉及一种管式sofc重整器及具有其的燃料电池电堆。


背景技术：

2.燃料电池是一种把燃料的化学能直接转化为电能的装置，又称电化学发电机，它是及水电、火电、核电之后的第四种发电技术。由于燃料电池通过电化学反应把燃料的吉布斯自由能部分转化成电能，不受卡诺循环限制，效率高。目前，燃料电池技术可分为质子交换膜燃料电池(pemfc)、磷酸盐燃料电池(pafc)、熔融碳酸盐燃料电池(mcfc)以及固体氧化物燃料电池(sofc)五类。
3.固体氧化物燃料电池(sofc)需要专门配置重整器，针对管式sofc的重整方案，传统的方式是在管式sofc的阳极支撑管内嵌入重整器，这种方式会存在当重整器上的重整催化剂出现积碳、烧结、老化时，不易更换维修的问题。并且，重整器也存在流阻和压降比较大的问题。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种管式sofc重整器，用以解决传统方案中，当重整催化剂出现积碳、烧结、老化时，不易更换维修的问题，还能够解决传统方案中重整器存在流阻和压降比较大的问题。
5.本发明还提出一种具有上述管式sofc重整器的燃料电池电堆。
6.根据本发明第一方面实施例的一种管式sofc重整器，所述管式sofc重整器包括：管式sofc，所述管式sofc包括设有反应通道的阳极管以及套设于所述阳极管外的阴极套，所述阳极管与所述阴极套之间形成有电解质夹层；以及重整体，所述重整体设有重整通道以及与所述重整通道连通的安装腔；其中，所述阳极管可拆卸地穿设于所述安装腔内，以使所述管式sofc与所述重整体可拆卸地连接，所述反应通道与所述安装腔连通。
7.根据本发明实施例的管式sofc重整器，至少具有如下技术效果：
8.上述的管式sofc重整器中，通过将重整体与管式sofc可拆卸地连接在一起，能够在当重整体上的催化剂出现积碳、烧结、老化时，方便更换催化剂；并且重整体的直径不受阳极管的限制，可以增加重整体的尺寸，进而增加重整流道的尺寸，从而增加重整反应面积，降低流阻和压降；并且重整体和管式sofc可以分开制作，互不影响，可实现自动化生产。另外，上述的管式sofc重整器中的重整体与管式sofc的阳极管连接，结构简单，体积小，并且可以利用管式sofc产生的热能进行重整。
9.根据本发明的一些实施例，所述的管式sofc重整器还包括紧固件，所述阳极管设有第一装配孔，所述重整体设有第二装配孔，所述紧固件可拆卸地穿设于所述第一装配孔以及所述第二装配孔内。
10.根据本发明的一些实施例，所述的管式sofc重整器还包括密封件，所述密封件与
所述第二装配孔密封配合。
11.根据本发明的一些实施例，所述安装腔设有第一密封面，所述阳极管穿设于所述安装腔的一端的外表面设有第二密封面，所述第一密封面与所述第二密封面密封配合。
12.根据本发明的一些实施例，所述第一密封面为环形斜面，所述第二密封面也为环形斜面，所述第一密封面与所述第二密封面贴合。
13.根据本发明的一些实施例，所述反应通道靠近所述重整体的一端的边缘形成导流面。
14.根据本发明的一些实施例，所述导流面为所述阳极管靠近所述重整器的一端的内侧的倒圆角结构。
15.根据本发明的一些实施例，所述重整通道包括多个并列且间隔设置的子通道，多个所述子通道组成圆周阵列结构，所述圆周阵列结构与所述反应通道同轴设置，且所述圆周阵列结构的直径大于所述反应通道的直径。
16.根据本发明的一些实施例，所述重整器为泡沫陶瓷构件。
17.根据本发明第二方面实施例的燃料电池电堆，包括如上所述的管式sofc重整器。
18.根据本发明实施例的燃料电池电堆，至少具有如下技术效果：
19.上述的燃料电池电堆具有上述的管式重整器，在上述的管式sofc重整器中，通过将重整体与管式sofc可拆卸地连接在一起，能够在当重整体上的催化剂出现积碳、烧结、老化时，方便更换催化剂；并且重整体的直径不受阳极管的限制，可以增加重整体的尺寸，进而增加重整流道的尺寸，从而增加重整反应面积，降低流阻和压降；并且重整体和管式sofc可以分开制作，互不影响，可实现自动化生产。另外，上述的管式sofc重整器中的重整体与管式sofc的阳极管连接，结构简单，体积小，并且可以利用管式sofc产生的热能进行重整。
附图说明
20.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
21.图1是本发明实施例一的管式sofc重整器的爆炸结构示意图；
22.图2是本发明实施例一的管式sofc重整器的剖视结构示意图；
23.图3是本发明实施例一的管式sofc重整器的重整体的结构示意图；
24.图4是本发明实施例一的管式sofc重整器的管式sofc的结构示意图；
25.图5是本发明实施例二的管式sofc重整器的剖视结构示意图。
26.附图标记：
27.10、管式sofc重整器；
28.100、管式sofc；110、阳极管；111、反应通道；112、第二密封面；113、导流面；114、第一装配孔；120、阴极套；
29.200、重整体；201、第二装配孔；210、重整通道；211、子通道；220、安装腔；221、第一密封面；
30.300、紧固件；310、螺钉；320、螺母。
具体实施方式
31.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
32.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.实施例一
35.如图1所示，实施例一涉及的一种管式sofc重整器10，包括重整体200以及管式sofc100。
36.如图2、3所示，重整体200设有重整通道210以及与重整通道210连通的安装腔220。
37.具体地，重整体200采用陶瓷材料制成，安装腔220开设于重整体200的下部并贯穿重整体200的下端，重整通道210的一端贯穿重整体200的上端，另一端与安装腔220连通。重整通道210的内表面和重整体200的外表面附着有重整催化剂。燃料进入至重整通道210后，能够在重整通道210内发生重整反应，燃料发生重整反应后能够转化为h2、co、h2o、co2的混合气体。其中，燃料可以是氢气、低碳烃类、甲醇与少量氧气的混合物，也可以是氢气、低碳烃类、甲醇与水蒸气的混合物。燃料在重整通道210内发生重整反应后转化的混合气体能够进入至安装腔220内。
38.如图2、图4所示，管式sofc100包括设有反应通道111的阳极管110以及套设于阳极管110外的阴极套120，阳极管110与阴极套120之间形成有电解质夹层。
39.具体地，阳极管110为管状构件，且阳极管110采用陶瓷材料制成，阴极管套设于阳极管110的外部，阴极套120与阳极管110之间形成有用于放入电解质的电解质夹层。阴极套120附近的氧气能够在阴极套120处生成氧离子，氧离子能够在穿过电解质以及阳极管110进入至反应通道111内。
40.如图2所示，阳极管110可拆卸地穿设于安装腔220内，以使管式sofc100与重整体200可拆卸地连接，且反应通道111与安装腔220连通。
41.具体地，阳极管110穿设于重整体200的安装腔220内，以实现管式sofc100与重整体200的可拆卸地连接。另外，由于反应通道111与安装腔220连通，且安装腔220与重整通道210连通，阴极套120附近的氧气在阴极套120处生成的氧离子在进入至反应通道111后，能够与进入至反应通道111内的h2与co反应。
42.上述的管式sofc重整器10中，通过将重整体200与管式sofc100可拆卸地连接在一起，能够在当重整体200上的催化剂出现积碳、烧结、老化时，方便更换催化剂；并且重整体200的直径不受阳极管110的限制，可以增加重整体200的尺寸，进而增加重整流道的尺寸，从而增加重整反应面积，降低流阻和压降；并且重整体200和管式sofc100可以分开制作，互不影响，可实现自动化生产。另外，上述的管式sofc重整器中的重整体200与管式sofc100的阳极管110连接，结构简单，体积小，并且可以利用管式sofc100产生的热能进行重整。
43.如图2至图4所示，进一步地，管式sofc重整器10还包括紧固件300，阳极管110设有第一装配孔114，重整体200设有第二装配孔201，紧固件300可拆卸地穿设于第一装配孔114以及第二装配孔201内。如此，可以实现管式sofc100与重整体200的可拆卸连接，且这种连接方式结构简单。
44.更进一步地，阳极管110开设有两个第一装配孔114，且两个第一装配孔114相对且间隔设置，重整体200开设有两个第二装配孔201，其中一个第二装配孔201与其中一个第一装配孔114相对设置，另一个第二装配孔201与另一个第一装配孔114相对设置，且其中一个第二装配孔201、其中一个第一装配孔114、另一个第一装配孔114以及另一个第二装配孔201依次排布，紧固件300穿设于两个第一装配孔114以及两个第二装配孔201内。
45.具体到本实施例中，紧固件300包括螺钉310以及螺母320，第一装配孔114以及第二装配孔201均为通孔。两个第一装配孔114均开设于阳极管110穿设于安装腔220的一侧，且两个第一装配孔114相对设置。两个第二装配孔201均开设于重整体200的侧壁并与安装腔220连通，两个第二装配孔201以及两个第一装配孔114呈直线排布，螺钉310穿设于两个第一装配孔114以及两个第二装配孔201内，并通过螺母320紧固。
46.进一步地，管式sofc重整器10还包括密封件(未示出)，密封件与第二装配孔201密封配合。如此，可以避免管式sofc重整器10内部的气体通过第二装配孔201排至外界，并可以避免外界的气体通过第二装配孔201进入至管式sofc重整器10，影响反应的正常进行。
47.具体地，密封件为垫片，且垫片采用陶瓷纤维材料制成。
48.具体到本实施例中，垫片为两个，两个垫片均套设于螺钉310外，其中一个垫片用与重整体200的外侧壁相抵，用于密封其中一个第二装配孔201与螺钉310之间的间隙，另一个垫片用与重整体200的外侧壁相抵，用于密封另一个第二装配孔201与螺钉310之间的间隙。
49.如图3、图4所示，进一步地，安装腔220设有第一密封面221，阳极管110穿设于安装腔220的一端的外表面设有第二密封面112，第一密封面221与第二密封面112密封配合。如此，可以防止发生重整反应后的混合气体通过重整体200与安装腔220之间的间隙排出，降低电池效率。
50.具体地，第一密封面221为环形斜面，第二密封面112也为环形斜面，第一密封面221与第二密封面112贴合。
51.更具体地，第一密封面221以及第二密封面112是经过打磨抛光形成的高精度密封面。
52.进一步地，反应通道111靠近重整体200的一端的边缘形成导流面113。如此，经过重整反应后得到的混合气体在进入至安装腔220后，能够在导流面113的作用下进入阳极管110的反应通道111内。导流面113可以减少气体旋涡的形成，从而降低流阻。
53.具体地，导流面113为阳极管110靠近重整器的一端的内侧的倒圆角结构。
54.如图2所示，进一步地，重整通道210包括多个并列且间隔设置的子通道211，多个子通道211组成圆周阵列结构，圆周阵列结构与反应通道111同轴设置，且圆周阵列结构的直径大于反应通道111的直径。
55.具体而言，在本实施例中，重整体200的直径不受阳极管110的限制，可以通过将重整体200的尺寸以及重整通道210的尺寸变大，增加重整反应面积，并降低流阻和压降。
56.实施例二
57.如图5所示，实施例二与实施例一的区别点在于，实施例二中的重整体200为泡沫陶瓷构件(图中未显示出重整体200的孔道)，泡沫陶瓷状的重整体200的比表面积大，催化效率更高，如此，可以将整个重整体200的体积做小。
58.另外，在实施例二中，紧固件300为卡钉，重整体200与管式sofc100通过卡钉可拆卸地连接。
59.实施例三
60.实施例三涉及一种燃料电池电堆，包括如上实施例一或实施例二中的管式sofc重整器。
61.上述的燃料电池电堆具有上述的管式sofc重整器，在上述的管式sofc重整器中，通过将重整体200与管式sofc100可拆卸地连接在一起，能够在当重整体200上的催化剂出现积碳、烧结、老化时，方便更换催化剂；并且重整体200的直径不受阳极管110的限制，可以增加重整体200的尺寸，进而增加重整流道的尺寸，从而增加重整反应面积，降低流阻和压降；并且重整体200和管式sofc100可以分开制作，互不影响，可实现自动化生产。另外，上述的管式sofc重整器中的重整体200与管式sofc100的阳极管110连接，结构简单，体积小，并且可以利用管式sofc100产生的热能进行重整。
62.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
63.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。