[发明专利]一种固体氧化物燃料电池高温气体换热器

说明书

技术领域

本发明涉及热交换技术领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池高温气体换热器。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将碳氢燃料中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的装置，具有转化效率高、无污染、燃料选择性低等优点。SOFC独立发电系统包括电堆和外围系统(BOP)，其工作过程如下：空气经鼓风机输入换热器预热，预热后的空气进入SOFC阴极；氢气或其他重整后的碳氢燃料气经过换热器预热后进入SOFC阳极；阴极中的空气与阳极未反应完成的燃料气进入燃烧室充分燃烧，燃烧后的热烟气进入换热器对冷空气和燃料气进行预热；从换热器中流出的高温烟气仍然具有一定的利用价值，可用于透平机进行二次发电；经过上述过程后的热烟气也可满足家庭供暖和热水的需求热。

SOFC目前工作温度主要集中在中高温(600-800℃)，因此要求换热器最高工作温度高于800℃，由于冷空气/燃料气进入换热器前温度接近室温，故换热器需耐受较大的温度梯度，因此，高温耐热合金常作为换热器的成型材料。由于换热器结构复杂，不可能直接通过机械加工制备，需要对其结构进行拆分后分别成型，再进行拼接；由于热烟气、冷气流道和外界环境需要绝对分离，故需保证拼接界面绝对密封。为保证换热效率，换热器隔离板所用的钢板较薄，只能通过高温钎焊来焊接不同组件。换热器作为BOP的重要组成部分，需要保证尽可能高的热交换效率。由于其结构复杂、工作环境恶劣，致使其加工难度极大，国内还鲜见针对固体氧化物燃料电池应用的高温换热器产品。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种固体氧化物燃料电池高温气体换热器，该换热器用于冷空气和燃料气的预热，具有加工简单、可靠性高、结构容易调整的优点。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种固体氧化物燃料电池高温气体换热器，包括：

热烟气进/出管道，用于热烟气进入和排出换热器；

冷空气/燃料气进/出管道，用于冷空气/燃料气进入和排出换热器；

烟气分流板，用于热烟气流通道中气体的均匀分布；

冷空气/燃料气分流板，用于冷空气/燃料气流通道中气体的均匀分布；

气体分隔板，用于隔绝热烟气和冷空气/燃料气；

密封条，用于隔绝热烟气流通道与冷空气/燃料气流通道和换热器的外部环境；

所述烟气分流板、气体分隔板和密封条组成热烟气流通道；所述冷空气/燃料气分流板、气体分隔板和密封条组成冷空气/燃料气流通道；

所述热烟气流通道和冷空气/燃料气流通道组成一个结构单元，将所述结构单元在上下方向上依次整齐堆叠构成换热器，所述热烟气流通道和冷空气/燃料气流通道在上下方向上交替分布，用于热量交换。

优选的，所述热烟气进/出管道、冷空气/燃料气进/出管道、气体分隔板、密封条之间均由高温钎焊或激光焊接连接，用于保证每个界面的气密性。

其中，所述热烟气进/出管道、冷空气/燃料气进/出管道、烟气分流板、冷空气/燃料气分流板、气体分隔板、密封条均由高温耐热合金制备而成。

在本发明优选实施例中，所述冷空气/燃料气分流板分为两部分，分别为冷气入口导流板和冷气主分流板，所述冷气入口导流板用于保证气体均匀进入所述冷气主分流板。

在本发明优选实施例中，所述热烟气分流板和冷空气/燃料气分流板的厚度略小于所述密封条厚度，用于保证可以插入所述热烟气流通道和冷空气/燃料气流通道中。

优选地，所述烟气分流板和冷空气/燃料气分流板可通过滚压或冲压成型加工成不同形状，用于增加气体流动路程，提高换热效率。

在本发明优选实施例中，所述密封条分为热烟气密封条和冷气密封条，焊接在相邻的气体分隔板之间，且相间分布，用于为所述热烟气流通道和冷空气/燃料气流通道提供独立的气流腔。

本发明可将换热器拆分为一个个结构单元，每个结构单元又拆分为规则形状的小组件，保证每个焊接表面都是平面，在降低接难度的同时提高了焊接的可靠性，并易于检查焊接质量。本发明可根据不同换热器要求轻松地改变各个组件的尺寸和分流板的形状以满足不同换热气体量与流体阻力的要求。本发明提供的固体氧化物燃料电池高温气体换热器，各部件采用高温钎焊或激光焊接保证每个结合面的气密性，每个重复单元可单独加工，再进行整体加工，通过调整分流板的形状和气体分隔板厚度可以充分提高气体的换热效率，装配简单，稳定可靠。

附图说明