專利名稱：具有外總管筒體結構的熔融碳酸鹽燃料電池組的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種能源技術領域的燃料電池，具體的說，涉及的是一種具有外總管筒體結構的熔融碳酸鹽燃料電池組。
背景技術：
燃料電池是把燃料的化學能直接轉化為電能的裝置，無須經過燃燒和機械傳動，不受卡諾循環的限制，具有無污染、低噪聲、能量轉換效率高的特點。熔融碳酸鹽燃料電池可采用除氫氣以外的其他燃料氣體，比如生物質氣或其他可再生能源作為燃料，不用貴金屬作為催化劑，可作為分布式電源和小型電站使用。氣體總管是反應氣體和尾氣進出燃料電池組的通道，首先，氧化劑和燃料氣通過陰極進氣總管和陽極進氣總管后被分配到各個單電池的陰極和陽極側；其次，經由電化學反應后的剩余氧化劑和燃料氣進一步通過陰極排氣總管和陽極排氣總管被排出。目前反應氣體和尾氣通常經由內總管進出燃料電池組。所謂內總管是指陰極進氣總管、陽極進氣總管、陰極排氣總管和陽極排氣總管與燃料電池雙極板上的氣道被加工在同一片板材上，因此內總管會造成雙極板的加工工作量增大，加工時間緩慢；同時，為了在雙極板上機加工出氣體總管(如切削或沖壓)，勢必造成大量材料被浪費。
經對現有技術的文獻檢索發現，美國專利公開號為6887611，該專利描述了一種柔性外總管結構，由于陰極進氣總管、陽極進氣總管、陰極排氣總管、陽極排氣總管和雙極板分離，雙極板上只加工氣道，而氣體總管則單獨加工，成型后的陰極進氣總管、陽極進氣總管、陰極排氣總管和陽極排氣總管被分別安裝在燃料電池組四個側面的相應位置，因此，該發明克服了內總管加工時材料浪費的缺點。然而，該發明的不足之處是首先，盡管柔性外總管能在一定程度上適應燃料電池組運行時高度方向上的伸縮，但是，柔性外總管的這種分段波紋結構，大大增加了總管選材、加工和安裝的難度；其次，每根總管在與燃料電池組連接時，在其高度方向上都有兩條密封件，然而由于熔融碳酸鹽燃料電池組的工作溫度為650℃，因此在高溫運行時，增加密封件的個數勢必大大增加每根柔性外總管向外界漏氣的可能性。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出了一種具有外總管筒體結構的熔融碳酸鹽燃料電池組，從而使總管結構簡單、加工和安裝便捷，同時燃料電池組運行時氣密性好、安全可靠。
本發明是通過如下技術方案實現的，本發明包括外總管筒體、熔融碳酸鹽燃料電池組、上蓋板和下蓋板，連接關系為上蓋板置于融碳酸鹽燃料電池組之上并與碳酸鹽電解質密封件接觸連接，下蓋板置于融碳酸鹽燃料電池組之下并與碳酸鹽電解質密封件接觸連接；熔融碳酸鹽燃料電池組、上蓋板和下蓋板置于兩片半圓形外總管筒體正中，通過總管密封件和蓋板密封件與兩片半圓形外總管筒體預緊連接，并構成陽極進氣總管、陰極排氣總管、陽極排氣總管和陰極進氣總管；兩片半圓形外總管筒體通過預緊彈簧、螺桿、筒體密封件和螺帽預緊連接。
所述熔融碳酸鹽燃料電池組，包括碳酸鹽電解質密封件，陽極單極板，陰極單極板，雙極板和單電池。一側碳酸鹽電解質密封件置于陽極單極板之上，另一側碳酸鹽電解質密封件置于陰極單極板之下，陽極單極板置于單電池之上，陰極單極板置于單電池之下，雙極板夾于單電池之間。
所述雙極板，在其兩側分別設有氣道。
所述陽極單極板，在其面向單電池的一側設有氣道。
所述陰極單極板，在其面向單電池的一側設有氣道。
所述雙極板，依據熔融碳酸鹽燃料電池組的功率為10W～1MW，其具體數量為1～1000片。
所述單電池，依據熔融碳酸鹽燃料電池組的功率為10W～1MW，其具體數量為2～1001片。
所述下蓋板，在其上分別焊接陽極進氣配管、陰極排氣配管、陽極排氣配管和陰極進氣配管。
本發明工作時，陰極氣體經由陰極進氣配管進入陰極進氣總管后，被分配至雙極板和陰極單極板上的氣道內；陽極氣體經由陽極進氣配管進入陽極進氣總管后，被分配至雙極板和陽極單極板上的氣道內；進一步，陰極氣體和陽極氣體在單電池的兩側分別發生電化學反應，從而使熔融碳酸鹽燃料電池組發電，熔融碳酸鹽燃料電池組的總電壓是各單電池的電壓之和；反應后的陰極尾氣經由陰極排氣總管進入陰極排氣配管后排出，陽極尾氣經由陽極排氣總管進入陽極排氣配管后排出。
本發明的有益效果是首先，與現有的內總管結構相比，外總管筒體結構可節省材料30％以上并節約加工工時50％以上；其次，與柔性外總管結構相比，外總管筒體結構簡單，因此加工工時和裝配工時均可節約30％以上；最后，當熔融碳酸鹽燃料電池組采用外總管筒體結構后，由于其高度方向上密封件的數量減少為采用柔性外總管結構時的密封件數量的一半，因此，該熔融碳酸鹽燃料電池組的運行可靠性和壽命均較之采用柔性外總管結構的熔融碳酸鹽燃料電池組增加50％以上。
圖1為本發明俯視剖面結構示意2為圖1所示B-O-B剖面結構示意圖具體實施方式
如圖1、圖2所示，本發明包括外總管筒體2、熔融碳酸鹽燃料電池組19、上蓋板16和下蓋板21，連接關系為上蓋板16置于融碳酸鹽燃料電池組19之上并與碳酸鹽電解質密封件17接觸連接，下蓋板21置于融碳酸鹽燃料電池組19之下并與碳酸鹽電解質密封件17接觸連接；熔融碳酸鹽燃料電池組19、上蓋板16和下蓋板21置于兩片半圓形外總管筒體2正中，通過總管密封件4和蓋板密封件15與兩片半圓形外總管筒體2預緊連接，并構成陽極進氣總管3、陰極排氣總管6、陽極排氣總管11和陰極進氣總管14；兩片半圓形外總管筒體2通過預緊彈簧7、螺桿8、筒體密封件9和螺帽10預緊連接。
所述熔融碳酸鹽燃料電池組19，包括雙極板5、碳酸鹽電解質密封件17，陽極單極板18，單電池22、陰極單極板23。一側碳酸鹽電解質密封件17置于陽極單極板18之上，另一側碳酸鹽電解質密封件17置于陰極單極板23之下，陽極單極板18置于單電池22之上，陰極單極板23置于單電池22之下，雙極板5夾于單電池22之間。
所述總管密封件4，其具體材料可以是石墨、石棉、陶瓷、玻璃等。
所述蓋板密封件15，其具體材料可以是石墨、石棉、陶瓷、玻璃等。
所述筒體密封件9，其具體材料可以是石棉、高溫橡膠等。
所述雙極板5，在其兩側分別設有氣道13。
所述陽極單極板18，在其面向單電池22的一側設有氣道13。
所述陰極單極板23，在其面向單電池22的一側設有氣道13。
所述雙極板5，其具體數量為1～1000片。
所述單電池22，其具體數量為2～1001片。
所述下蓋板21，在其上分別焊接陽極進氣配管1、陰極排氣配管24、陽極排氣配管12和陰極進氣配管20。
本發明工作時，陰極氣體經由陰極進氣配管20進入陰極進氣總管14后，被分配至雙極板5和陰極單極板23上的氣道13內；陽極氣體經由陽極進氣配管1進入陽極進氣總管3后，被分配至雙極板5和陽極單極板18上的氣道13內；進一步，陰極氣體和陽極氣體在單電池22的兩側分別發生電化學反應，從而使熔融碳酸鹽燃料電池組19發電，熔融碳酸鹽燃料電池組19的總電壓是各單電池22的電壓之和；反應后的陰極尾氣經由陰極排氣總管6進入陰極排氣配管24后排出，陽極尾氣經由陽極排氣總管11進入陽極排氣配管12后排出。
上蓋板16和下蓋板21通過預緊力保持熔融碳酸鹽燃料電池組19內部的單電池22和雙極板5、單電池22和陰極單極板23、單電池22和陽極單極板18之間具有良好的電接觸。上蓋板16和下蓋板21通過碳酸鹽電解質密封件17保持與熔融碳酸鹽燃料電池組19之間的電絕緣，并防止陽極氣體和陰極氣體之間發生互竄。
兩片半圓形外總管筒體2和熔融碳酸鹽燃料電池組19之間通過總管密封件4的預緊力防止陽極進氣總管3、陰極排氣總管6、陽極排氣總管11和陰極進氣總管14內的氣體之間發生互竄。
兩片半圓形外總管筒體2與上蓋板及16下蓋板21之間通過蓋板密封件15的預緊力防止陽極進氣總管3、陰極排氣總管6、陽極排氣總管11和陰極進氣總管14內的氣體向外部泄漏。
兩片半圓形外總管筒體2通過預緊彈簧7、螺桿8、筒體密封件9和螺帽10預緊連接防止陰極氣體向外部泄漏。
權利要求
1.一種具有外總管筒體結構的熔融碳酸鹽燃料電池組，包括外總管筒體(2)、熔融碳酸鹽燃料電池組(19)、上蓋板(16)和下蓋板(21)，其特征在于上蓋板(16)置于融碳酸鹽燃料電池組(19)之上并與碳酸鹽電解質密封件(17)接觸連接，下蓋板(21)置于融碳酸鹽燃料電池組(19)之下并與碳酸鹽電解質密封件(17)接觸連接；熔融碳酸鹽燃料電池組(19)、上蓋板(16)和下蓋板(21)置于兩片半圓形外總管筒體(2)正中，通過總管密封件(4)和蓋板密封件(15)與兩片半圓形外總管筒體(2)預緊連接，并構成陽極進氣總管(3)、陰極排氣總管(6)、陽極排氣總管(11)和陰極進氣總管(14)；兩片半圓形外總管筒體(2)通過預緊彈簧(7)、螺桿(8)、筒體密封件(9)和螺帽(10)預緊連接。
2.根據權利要求1所述的具有外總管筒體結構的熔融碳酸鹽燃料電池組，其特征是，所述的熔融碳酸鹽燃料電池組(19)，包括雙極板(5)、碳酸鹽電解質密封件(17)、陽極單極板(18)、單電池(22)、陰極單極板(23)，一側碳酸鹽電解質密封件(17)置于陽極單極板(18)之上，另一側碳酸鹽電解質密封件(17)置于陰極單極板(23)之下，陽極單極板(18)置于單電池(22)之上，陰極單極板(23)置于單電池(22)之下，雙極板(5)夾于單電池(22)之間。
3.根據權利要求2所述的具有外總管筒體結構的熔融碳酸鹽燃料電池組，其特征是，所述的雙極板(5)，在其兩側分別設有氣道(13)。
4.根據權利要求2所述的具有外總管筒體結構的熔融碳酸鹽燃料電池組，其特征是，所述的陽極單極板(18)，在其面向單電池(22)的一側設有氣道(13)。
5.根據權利要求2所述的具有外總管筒體結構的熔融碳酸鹽燃料電池組，其特征是，所述的陰極單極板(23)，在其面向單電池(22)的一側設有氣道(13)。
6.根據權利要求2或者3所述的具有外總管筒體結構的熔融碳酸鹽燃料電池組，其特征是，所述的雙極板(5)，其具體數量為1～1000片。
7.根據權利要求2或者4或者5所述的具有外總管筒體結構的熔融碳酸鹽燃料電池組，其特征是，所述的單電池(22)，其具體數量為2～1001片。
8.根據權利要求1所述的具有外總管筒體結構的熔融碳酸鹽燃料電池組，其特征是，所述的下蓋板(21)，在其上分別焊接陽極進氣配管(1)、陰極排氣配管(24)、陽極排氣配管(12)和陰極進氣配管(20)。
全文摘要
一種具有外總管筒體結構的熔融碳酸鹽燃料電池組，屬于能源技術領域。本發明中，上蓋板置于融碳酸鹽燃料電池組之上并與碳酸鹽電解質密封件接觸連接，下蓋板置于融碳酸鹽燃料電池組之下并與碳酸鹽電解質密封件接觸連接；熔融碳酸鹽燃料電池組、上蓋板和下蓋板置于兩片半圓形外總管筒體正中，通過總管密封件和蓋板密封件與兩片半圓形外總管筒體預緊連接，并構成陽極進氣總管、陰極排氣總管、陽極排氣總管和陰極進氣總管；兩片半圓形外總管筒體通過預緊彈簧、螺桿、筒體密封件和螺帽預緊連接。本發明使熔融碳酸鹽燃料電池組的加工和安裝便捷省材，同時提高熔融碳酸鹽燃料電池組運行時的氣密性和安全可靠性。
文檔編號H01M8/24GK1805201SQ20061002344
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月19日 優先權日2006年1月19日
發明者胡鳴若, 余晴春, 朱新堅, 曹廣益, 隋升, 屠衡勇 申請人:上海交通大學