一种电堆端板阴阳极进气换热结构

1.本发明涉及广谱重整燃料电池领域，具体地说是一种电堆端板阴阳极进气换热结构。


背景技术：

2.在广谱重整燃料电池系统中，经过重整反应器催化重整输出的重整气体提供给电堆进行发电，重整气体的温度通常在200℃以上，而电堆需求的重整气体需要的温度条件是低于180℃并高于140℃，之前的电堆端板结构都是如图9所示，重整气体直接进入电堆阳极，而空气从阴极直接进入，高温的重整气会严重影响电堆的寿命。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种电堆端板阴阳极进气换热结构，利用高温的阳极重整气体与室温的阴极气体换热降低阳极气体温度，使阳极气体输入电堆温度满足要求。
4.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
5.一种电堆端板阴阳极进气换热结构，包括由上到下依次连接的盖板、端板壳体和底板，其中端板壳体内部设有上层腔体和下层腔体，所述端板壳体输入端一侧设有阳极气体入口与所述上层腔体相通，另一侧设有阴极气体入口与所述下层腔体相通，所述端板壳体输出端设有一个凸出部，且所述底板输出侧设有一凹口与所述凸出部卡合，所述凸出部内设有阳极气体出口与所述上层腔体连通，所述底板远离所述凸出部一侧设有阴极气体出口与所述下层腔体连通，所述上层腔体内设有阳极翅片，且阳极气体由阳极气体入口输入后流入阳极翅片空隙中，所述下层腔体内设有阴极翅片，且阴极气体由阴极气体入口输入后流入阴极翅片空隙中。
6.所述阳极气体入口处设有呈三角形排列且与所述阳极翅片垂直的上入口隔片，且阳极气体沿着上入口隔片空隙流至阳极翅片空隙中。
7.所述阴极气体入口处设有呈三角形排列且与所述阴极翅片垂直的下入口隔片，且阴极气体沿着下入口隔片空隙流至阴极翅片空隙中。
8.沿着所述端板壳体的长度方向看去，所述阳极翅片和阴极翅片交错布置。
9.所述盖板、端板壳体和底板之间先钎焊焊接，然后再通过螺栓连接固定并安装到电堆上。
10.所述端板壳体外侧设有供所述螺栓穿过的安装凸起。
11.本发明的优点与积极效果为：
12.1、本发明利用高温的阳极气体与室温的阴极气体换热降低阳极气体温度，使阳极气体输入电堆温度满足要求，延长电堆寿命。
13.2、本发明利用上层腔体内的阳极翅片和下层腔体内的阴极翅片导热作用实现阳极气体和阴极气体对流换热，换热面积大，换热效率高。
附图说明
14.图1为本发明的分解示意图，
15.图2为本发明的组合示意图，
16.图3为图2中本发明的剖视图，
17.图4为图3中的a-a视图，
18.图5为图3中的上层腔体俯视图，
19.图6为图3中的下层腔体仰视图，
20.图7为本发明的安装示意图一，
21.图8为本发明的安装示意图二，
22.图9为现有技术中的电堆端板结构示意图。
23.其中，1为端板壳体，101为安装凸起，2为盖板，3为底板，4为上层腔体，401为阳极气体入口，4011为上入口隔片，402为阳极气体出口，403为凸出部，5为下层腔体，501为阴极气体入口，5011为下入口隔片，502为阴极气体出口，601为阳极翅片，602为阴极翅片。
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明作进一步详述。
25.如图1～8所示，本发明包括由上到下依次连接的盖板2、端板壳体1和底板3，其中如图3所示，所述端板壳体1内部通过一个隔板分隔成上层腔体4和下层腔体5，如图6～7所示，所述端板壳体1输入端一侧上部设有阳极气体入口401与所述上层腔体4相通，另一侧下部设有阴极气体入口501与所述下层腔体5相通，如图1所示，所述端板壳体1输出端设有一个凸出部403，所述底板3输出侧设有一凹口与所述凸出部403卡合并保证下层腔体5密封，所述凸出部403内设有阳极气体出口402与所述上层腔体4连通，所述底板3远离所述凸出部403一侧设有阴极气体出口502与所述下层腔体5连通，如图3～6所示，所述上层腔体4内设有阳极翅片601，所述下层腔体5内设有阴极翅片602，且如图4所示，沿着所述端板壳体1的长度方向看去，所述阳极翅片601和阴极翅片602交错布置，阳极气体由阳极气体入口401流入后沿着阳极翅片601空隙流动，阴极气体由阴极气体入口501流入后沿着阴极翅片602空隙流动，并且高温的阳极气体和室温的阴极气体通过所述阳极翅片601、阴极翅片602及中间隔板的导热作用实现热交换，经过换热后的阳极气体经由所述凸出部403中的阳极气体出口402输出，换热后的阳极重整气体温度低于180度，而阴极气体温度经过换热之后温度升高一些，但是没有超过180度，满足要求。
26.如图3和图5所示，所述阳极气体入口401处设有呈三角形排列且与所述阳极翅片601垂直的上入口隔片4011，高温的阳极气体经由阳极气体入口401输入后沿着所述上入口隔片4011空隙流至阳极翅片601空隙中。
27.如图3和图6所示，所述阴极气体入口501处设有呈三角形排列且与所述换热翅片6垂直的下入口隔片5011，室温的阴极气体由阴极气体入口501输入后沿着所述下入口隔片5011空隙流至阴极翅片602空隙中。
28.如图7～8所示，所述盖板2、端板壳体1和底板3之间先钎焊焊接，然后通过螺栓连接固定并安装到电堆上，如图1所示，所述端板壳体1外侧设有供螺栓穿过的安装凸起101。
29.本发明的工作原理为：
30.如图9所示，现有技术中重整气体直接进入电堆阳极，而空气从阴极直接进入，高温的重整气会严重影响电堆的寿命。高温的阳极重整气体温度范围大约是200～250度，而电堆要求进入的气体温度要低于180度，阴极进口的空气温度是室温，那么通过阴极空气和阳极重整气体换热，给阳极气体降温，在理论上是可行的。
31.如图1～2和图7～8所示，本发明工作时，阴极气体由阴极气体入口501进入后流入下层腔体5内的阴极翅片602中，然后经阴极翅片602另一端流出后，再经由底板3上的阴极气体出口502输入电堆中，阳极气体由阳极气体入口401流入后沿着上层腔体4内的阳极翅片601中，并且高温的阳极气体和室温的阴极气体通过所述阳极翅片601、阴极翅片602及中间隔板的导热作用实现热交换，经过换热后的阳极气体再经由所述凸出部403中的阳极气体出口402输入电堆中，换热后的阳极重整气体温度低于180度，而阴极气体温度经过换热之后温度升高一些，但是没有超过180度，满足要求。


技术特征：
1.一种电堆端板阴阳极进气换热结构，其特征在于：包括由上到下依次连接的盖板(2)、端板壳体(1)和底板(3)，其中端板壳体(1)内部设有上层腔体(4)和下层腔体(5)，所述端板壳体(1)输入端一侧设有阳极气体入口(401)与所述上层腔体(4)相通，另一侧设有阴极气体入口(501)与所述下层腔体(5)相通，所述端板壳体(1)输出端设有一个凸出部(403)，且所述底板(3)输出侧设有一凹口与所述凸出部(403)卡合，所述凸出部(403)内设有阳极气体出口(402)与所述上层腔体(4)连通，所述底板(3)远离所述凸出部(403)一侧设有阴极气体出口(502)与所述下层腔体(5)连通，所述上层腔体(4)内设有阳极翅片(601)，且阳极气体由阳极气体入口(401)输入后流入阳极翅片(601)空隙中，所述下层腔体(5)内设有阴极翅片(602)，且阴极气体由阴极气体入口(501)输入后流入阴极翅片(602)空隙中。2.根据权利要求1所述的电堆端板阴阳极进气换热结构，其特征在于：所述阳极气体入口(401)处设有呈三角形排列且与所述阳极翅片(601)垂直的上入口隔片(4011)，且阳极气体沿着上入口隔片(4011)空隙流至阳极翅片(601)空隙中。3.根据权利要求1所述的电堆端板阴阳极进气换热结构，其特征在于：所述阴极气体入口(501)处设有呈三角形排列且与所述阴极翅片(602)垂直的下入口隔片(5011)，且阴极气体沿着下入口隔片(5011)空隙流至阴极翅片(602)空隙中。4.根据权利要求1所述的电堆端板阴阳极进气换热结构，其特征在于：沿着所述端板壳体(1)的长度方向看去，所述阳极翅片(601)和阴极翅片(602)交错布置。5.根据权利要求1所述的电堆端板阴阳极进气换热结构，其特征在于：所述盖板(2)、端板壳体(1)和底板(3)之间先钎焊焊接，然后再通过螺栓连接固定并安装到电堆上。6.根据权利要求5所述的电堆端板阴阳极进气换热结构，其特征在于：所述端板壳体(1)外侧设有供所述螺栓穿过的安装凸起(101)。

技术总结
本发明涉及广谱重整燃料电池领域，具体地说是一种电堆端板阴阳极进气换热结构，其中端板壳体内部设有上层腔体和下层腔体，端板壳体输入端一侧设有阳极气体入口与上层腔体相通，另一侧设有阴极气体入口与下层腔体相通，端板壳体输出端设有凸出部，且所述凸出部内设有阳极气体出口与上层腔体连通，底板远离所述凸出部一侧设有阴极气体出口与下层腔体连通，所述上层腔体内设有阳极翅片，且阳极气体由阳极气体入口输入后流入阳极翅片空隙中，所述下层腔体内设有阴极翅片，且阴极气体由阴极气体入口输入后流入阴极翅片空隙中。本发明利用阳极气体与阴极气体换热降低阳极气体输入温度。体与阴极气体换热降低阳极气体输入温度。体与阴极气体换热降低阳极气体输入温度。


技术研发人员：王素力 刘海军 孙公权
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：2020.12.10
技术公布日：2022/6/14