[发明专利]固体氧化物燃料电池的高温热管肋连接板

说明书

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池的高温热管肋连接板，包括：金属板和多根热管；多根热管固定在金属板上形成热管肋，金属板和热管肋之间形成气体流道以供燃料电池内的气体通过；热管内装有液体用于进行热量交换。由热管肋组成的连接板，可以增强SOFC电池片内部换热能力，将燃料入口处的大量热量及时有效的传导至电池中下部分，提高温度分布均匀性。由热管肋组成的连接板换热能力强，使用更少的空气进行冷却，可以减小压气机功耗，增加系统效率。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池热管理技术领域，特别涉及一种固体氧化物燃料电池的高温热管肋连接板。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)能够将燃料中化学能直接转化为电能，具有燃料适应性广、效率高、清洁环保等诸多优点。SOFC在发电的同时也会释放大量热量，这会造成电池内部温度分布极为不均并严重影响发电性能和使用寿命。SOFC工作温度较高(650～1000℃)，高温下热管理变得更加困难。目前最常使用的SOFC连接板材料为铁基不锈钢合金，其上设计流道形状使气流分配更加均匀，增强连接板换热能力。但是不锈钢合金导热系数有限使得电池内部仍有较高的温度梯度。在SOFC顺流、逆流和交叉流等流道中，由于入口处燃料气充足，电化学反应强而出口处燃料气体浓度最小，电化学反应强度弱，沿流动方向电池平面内的放热并不均匀；在平面内垂直于流动的方向，每个子流道也会因为气体分配不均而造成温度不均性。SOFC电极和电解质本身多为陶瓷材料，导热系数较低，不锈钢合金连接板导热能力十分有限，在功率密度较高的大电流条件下无法有效及时地传导电化学反应放热，电池温度分布不均使电池内部产生热应力，损害电池结构，甚至出现局部热点导致电池烧穿，阴阳极气体泄漏混合，严重影响电池长期使用稳定性。为了使电池最高温度低于材料能承受的温度，需要在阴极通入过量空气，增加的空气压缩和运输会消耗额外的能量，使电池整体发电效率降低。温度不均匀问题在电池堆以及多堆组成的发电系统中更加突出明显，严重制约了SOFC的大规模应用。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种固体氧化物燃料电池的高温热管肋连接板，由热管肋组成的连接板结构代替原有的不锈钢金属连接板，增强SOFC电池片内部换热能力，提高电池抗热震性。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种固体氧化物燃料电池的高温热管肋连接板，包括：金属板和多根热管；

所述多根热管固定在所述金属板上形成热管肋，所述金属板和所述热管肋之间形成气体流道以供所述燃料电池内的气体通过；

所述热管内装有液体用于进行热量交换。

另外，根据本发明上述实施例的固体氧化物燃料电池的高温热管肋连接板还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，所述热管肋焊接在所述金属板的一侧。

进一步地，所述热管肋分别焊接在所述金属板两侧，形成所述燃料电池的阳极流道和阴极流道。

进一步地，所述热管肋中间依次用金属条进行焊接形成连接板，所述热管肋中间的空间被金属条分为所述燃料电池的阳极流道和阴极流道。

进一步地，所述热管肋的布置方式包括平行布置、交叉布置和蛇形布置。

进一步地，所述热管内的液体包括Na液体或K液体或Na和K混合液体。

进一步地，所述热管内部分为蒸气区域和液体区域，热管内部循环分为蒸发段、绝热段和冷凝段，在高温区域内芯中的液体吸热蒸发进入蒸气区域，此段为蒸发段；蒸气在压力的作用下向温度较低的区域流动，过程中视为不与外界进行热交换，此段为绝热段；蒸气到达冷端后放热冷凝为液体，进入内芯中，此段为冷凝段。

进一步地，所述热管数量和所述热管肋之间的距离可调节。