本發(fā)明涉及固體氧化物燃料電池領(lǐng)域，特別涉及一種換熱器、固體氧化物燃料電池和空氣預(yù)熱方法。

背景技術(shù)：

1、固體氧化物燃料電池(solid?oxide?fuel?cell，簡稱sofc)是一種把燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，它具有燃料適應(yīng)性強(qiáng)、能量密度高、無污染、低噪音等優(yōu)點(diǎn)。其工作原理為空氣由鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行輸入，經(jīng)過換熱器換熱后進(jìn)入燃料電池陰極，氣瓶中燃料或者其他烷烴氣體重整出氫氣后進(jìn)入陽極，在電堆內(nèi)部進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)發(fā)電，剩余未反應(yīng)完的燃料進(jìn)入燃燒室進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生的余熱為系統(tǒng)進(jìn)氣進(jìn)行預(yù)熱。其中，換熱器是構(gòu)成系統(tǒng)的重要組件之一。

2、在相關(guān)技術(shù)中，現(xiàn)有的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)通常采用翅板式換熱器，其通過多層翅板堆疊焊接成型，每層翅板加工有不同的流道結(jié)構(gòu)，在工作時通過向間隔的流道中分別通入空氣和熱源流氣體，熱源流氣體的熱量通過翅板半片傳導(dǎo)到空氣一側(cè)，通過接觸換熱的方式實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)進(jìn)氣的預(yù)熱。

3、然而，采用相關(guān)技術(shù)中的換熱器形式，其為了保證足夠的換熱面積，需要設(shè)置多層翅片結(jié)構(gòu)以形成交錯布置的冷、熱流道，其翅片之間均需要通過高溫釬焊進(jìn)行密封連接，加工步驟復(fù)雜，且整體結(jié)構(gòu)占用空間和重量大，難以滿足固體氧化物燃料電池系統(tǒng)小型化、輕量化的需求，導(dǎo)致運(yùn)用場景受限，適配性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例提供了種換熱器、固體氧化物燃料電池和空氣預(yù)熱方法，能夠在滿足換熱效率的需求基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)換熱器以及整個固體氧化物燃料電池的小型化和輕量化，提高集成性和適配性。所述技術(shù)方案如下：

2、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種換熱器，設(shè)置于固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的內(nèi)殼體腔室中，所述內(nèi)殼體腔室的腔壁上設(shè)置有熱流股入口，包括：導(dǎo)氣腔、換熱單元和冷流股出氣管，

3、所述導(dǎo)氣腔包括相互隔離的冷流股進(jìn)氣腔和熱流股出氣腔；

4、所述換熱單元設(shè)置于所述內(nèi)殼體腔室內(nèi)，包括呈板狀的第一冷流腔和第二冷流腔，所述第一冷流腔和所述第二冷流腔平行間隔布置，且通過設(shè)置于相鄰側(cè)壁上的冷流接口連接，在間隔方向上，所述第二冷流腔的外輪廓小于所述第一冷流腔的外輪廓，所述換熱單元依次堆疊設(shè)置有多個且通過所述冷流接口依次連接，位于堆疊方向上一側(cè)的所述第一冷流腔與所述冷流股進(jìn)氣腔的出口連接，且中部設(shè)置有與所述熱流股出氣腔連通的熱流股流動孔，位于堆疊方向上另一側(cè)的所述第二冷流腔與所述冷流股出氣管的一端連通，所述冷流股出氣管的另一端穿設(shè)于所述導(dǎo)氣腔外部，且側(cè)壁上設(shè)置有冷流股出氣孔。

5、可選地，多個所述換熱單元中的所述第一冷流腔中部均設(shè)置有所述熱流股流動孔。

6、可選地，所述第一冷流腔的外輪廓為正方形，所述第二冷流腔的外輪廓為正多邊形。

7、可選地，在所述堆疊方向上，所述第二冷流腔兩側(cè)的所述冷流接口相對于所述第二冷流腔的外輪廓中心對稱布置。

8、可選地，所述第一冷流腔和所述第二冷流腔的外輪廓邊緣轉(zhuǎn)角處設(shè)置有圓弧倒角。

9、可選地，所述冷流股出氣孔設(shè)置有多組，每組均包括圍繞所述冷流股出氣管的周向等角度間隔布置的多個所述冷流股出氣孔，多組所述冷流股出氣孔沿所述冷流股出氣管的延伸方向均勻間隔布置。

10、可選地，所述冷流股出氣管上設(shè)置有溫度傳感器接口。

11、可選地，所述導(dǎo)氣腔、所述第一冷流腔、所述第二冷流腔和冷流股出氣管均為不銹鋼結(jié)構(gòu)件。

12、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種固體氧化物燃料電池，包括前述第一方面所述的換熱器。

13、第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種空氣預(yù)熱方法，基于前述第一方面所述的換熱器實(shí)現(xiàn)，所述方法包括：

14、基于固體氧化物燃料電池的規(guī)格，選擇適量組數(shù)的所述換熱單元與所述導(dǎo)氣腔和所述冷流股出氣管進(jìn)行組合連接設(shè)置于所述固體氧化物燃料電池內(nèi)部；

15、由所述內(nèi)殼體腔室上的所述熱流股入口引入熱源流氣體，所述熱源流氣體流經(jīng)所述內(nèi)殼體腔室的內(nèi)側(cè)壁與所述第一冷流腔、所述第二冷流腔的外表面形成的流道空間，最終由所述熱流股出氣腔流出形成熱側(cè)循環(huán)；

16、通過所述冷流股進(jìn)氣腔由鼓風(fēng)機(jī)側(cè)引入低溫空氣，所述低溫空氣流經(jīng)所述第一冷流腔和所述第二冷流腔并與所述熱源流氣體進(jìn)行換熱實(shí)現(xiàn)預(yù)熱，最終通過所述冷流股出氣管上的所述冷流股出氣孔進(jìn)入所述固體氧化物燃料電的陰極進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。

17、本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果至少包括：

18、采用本發(fā)明實(shí)施例所提供的換熱器結(jié)構(gòu)對固體氧化物燃料電池的通入空氣進(jìn)行預(yù)熱，其與傳統(tǒng)利用翅板堆疊形成熱流股和冷流股流道的換熱器形式相比，直接采用固體氧化物燃料電池系統(tǒng)中的內(nèi)殼體腔室作為熱側(cè)循環(huán)的一部分，通過在內(nèi)殼體腔室中通過軸向堆疊設(shè)置板狀的第一冷流腔、第二冷流腔作為引入空氣的冷流股流道，并在兩者的外輪廓上做出區(qū)分以保證熱側(cè)循環(huán)中的熱源流氣體與空氣能夠?qū)崿F(xiàn)充分換熱。通過與系統(tǒng)內(nèi)殼之間的組裝搭配，其換熱單元可以根據(jù)內(nèi)殼體腔室的大小規(guī)格，以及實(shí)際換熱需求進(jìn)行增減，且通過冷流接口進(jìn)行對接和焊接固定，相比傳統(tǒng)翅板之間的密封焊接也更為簡單方便。能夠在滿足換熱效率的需求基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)換熱器以及整個固體氧化物燃料電池的小型化和輕量化，提高集成性和適配性。

技術(shù)特征：

1.一種換熱器，設(shè)置于固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的內(nèi)殼體腔室(m)中，所述內(nèi)殼體腔室(m)的腔壁上設(shè)置有熱流股入口(m1)，其特征在于，包括：導(dǎo)氣腔(1)、換熱單元(2)和冷流股出氣管(3)，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于，多個所述換熱單元(2)中的所述第一冷流腔(21)中部均設(shè)置有所述熱流股流動孔(24)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的換熱器，其特征在于，所述第一冷流腔(21)的外輪廓為正方形，所述第二冷流腔(22)的外輪廓為正多邊形。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的換熱器，其特征在于，在所述堆疊方向上，所述第二冷流腔(22)兩側(cè)的所述冷流接口(23)相對于所述第二冷流腔(22)的外輪廓中心對稱布置。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的換熱器，其特征在于，所述第一冷流腔(21)和所述第二冷流腔(22)的外輪廓邊緣轉(zhuǎn)角處設(shè)置有圓弧倒角。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于，所述冷流股出氣孔(31)設(shè)置有多組，每組均包括圍繞所述冷流股出氣管(3)的周向等角度間隔布置的多個所述冷流股出氣孔(31)，多組所述冷流股出氣孔(31)沿所述冷流股出氣管(3)的延伸方向均勻間隔布置。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于，所述冷流股出氣管(3)上設(shè)置有溫度傳感器接口(32)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于，所述導(dǎo)氣腔(1)、所述第一冷流腔(21)、所述第二冷流腔(22)和冷流股出氣管(3)均為不銹鋼結(jié)構(gòu)件。

9.一種固體氧化物燃料電池，其特征在于，包括多個如權(quán)利要求1至8任一項所述的換熱器。

10.一種空氣預(yù)熱方法，基于如權(quán)利要求1至8任一項所述的換熱器實(shí)現(xiàn)，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種換熱器、固體氧化物燃料電池和空氣預(yù)熱方法，屬于固體氧化物燃料電池領(lǐng)域。包括導(dǎo)氣腔、換熱單元和冷流股出氣管，導(dǎo)氣腔包括冷流股進(jìn)氣腔和熱流股出氣腔。換熱單元設(shè)置于內(nèi)殼體腔室內(nèi)，包括平行間隔布置且相互連接的第一冷流腔和第二冷流腔。在間隔方向上，第二冷流腔的外輪廓小于第一冷流腔的外輪廓，換熱單元依次堆疊設(shè)置有多個且依次連接，位于一側(cè)的第一冷流腔與冷流股進(jìn)氣腔的出口連接，且中部設(shè)置有熱流股流動孔，另一側(cè)的第二冷流腔與冷流股出氣管連通，冷流股出氣管的另一端穿設(shè)于導(dǎo)氣腔外部，且設(shè)置有冷流股出氣孔。采用該換熱器能夠?qū)崿F(xiàn)換熱器以及整個固體氧化物燃料電池的小型化和輕量化，提高集成性和適配性。

技術(shù)研發(fā)人員：付權(quán),裴書卿,曹彬,何俊能,劉亞貴
受保護(hù)的技術(shù)使用者：福賽爾（武漢）集成有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8