一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组的制作方法

本技术涉及固态燃料电池，具体涉及一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组。

背景技术：

1、当前，我国对常规型不可再生的能源如天然气、石油、煤炭的需求量正在逐年增加。常规能源的储量是有限的，同时常规能源的使用易产生环境污染以及温室效应。因此，有必要积极发展绿氢等绿色新型能源。绿氢是指利用例如太阳能、风能和核能等可再生能源分解水所得到的氢气。绿氢具有高热值，且其在燃烧时只产生水，能够从源头上实现二氧化碳零排放，因此绿氢是纯正的绿色新能源。

2、近年来，作为一种新型电解水制氢技术，固态氧化物电解池(soec)技术因其具有能源利用率高、电解产物绿色无害且纯度较高等优点备受关注。固体氧化物电解池是反向运行的固体氧化物燃料电池。固体氧化物电解池在电解模式时，在外加电压、高温下，电解h2o，产生h2与o2，从而实现将电能和热能转化为化学能。

3、操作温度是影响soec制氢系统运行的重要参数。soec制氢系统的运行温度为700℃-1000℃，soec较高的运行温度能够降低电解过程中的电能需求，从而降低合成气的成本，降低制氢成本，同时提高电极的动力学性能，有效降低电解质电阻，使电池性能损失更小。

4、在一种常见的固态氧化物电解池制氢系统中，系统输入空气、水蒸气与保护氢气的混合气，水流动力由水泵提供，空气动力主要由压缩机提供，两股气体分别在进入电解池前，通过热交换器以及电加热器升温至电解池需要的温度，两股气体进入平衡换热器平衡热量后，进入电解池，对电解池通电处理后，发生电解水反应生产氢气和氧气，经过电加热器加热的空气在系统中有保护电解池的作用，系统产出温度较高的空气与氧气的混合气经过热交换器热量回收后流出系统，并产出水蒸气与氢气的混合气经过热交换器热量回收后进入冷却器进行冷却处理后，产出纯度较高的氢气以及液态水流出系统。

5、固态燃料电池电堆垂直堆叠形成电堆塔时，电堆塔中的电堆数量受到电堆承压能力和气体分配均匀性的限制，进而限制单个电堆塔的电解功率。

技术实现思路

1、实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组，能够提供更大的电解功率。

2、为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组。该电堆塔组包括底座、电堆塔组件以及密封罩，所述电堆塔组件包括若干电堆塔，各所述电堆塔均固定安装于所述底座上，各所述电堆塔的内部形成有空气腔和燃料气腔，相邻的两个所述电堆塔之间串联连接。所述密封罩套设在所述电堆塔组件外侧并与底座密封连接。所述电堆塔组件的首位和最后一位电堆塔分别连接有集电柱，各所述集电柱的末端均伸出所述密封罩之外。所述密封罩、所述电堆塔组件以及所述底座配合形成相对密封的空气收集腔，所述空气收集腔与所述空气腔连通。所述底座上设有与各所述电堆塔的燃料气腔连通的燃料气进口以及燃料气出口、与各所述电堆塔的空气腔连通的空气进口以及与空气收集腔连通的空气出口。

3、具体的，若干电堆塔沿垂直于底座高度方向的方向呈单排设置。

4、进一步的，还包括与所述燃料气进口连接的燃料气进气管道、与所述燃料气出口连接的燃料气出气管道、与所述空气进口连接的空气进气管道以及与所述空气出口连接的空气出气管道。

5、具体的，包括密封垫，所述密封垫设置于所述密封罩与所述底座之间。

6、具体的，各所述电堆塔包括供气底板以及固定安装于供气底板上方的若干沿高度方向堆叠的电堆，每个电堆包括正极端板以及负极端板。各所述电堆塔通过该电堆塔的最下方一个电堆的负极端板与与其相邻的另一个所述电堆塔的最上方一个电堆的正极端板串联连接。所述电堆塔组件中的首位电堆塔的最上方一个电堆的正极端板与用于引出正极电流的集电柱连接，最后一位电堆塔的最下方一个电堆的负极端板与该电堆塔的供气底板之间另设有负极集电板，负极集电板与用于引出负极电流的集电柱连接。

7、具体的，所述电堆塔组件包括银条，各所述电堆塔通过该电堆塔的最下方一个电堆的负极端板与与其相邻的另一个所述电堆塔的最上方一个电堆的正极端板通过银条串联连接。

8、具体的，负极集电板包括负极集电板本体以及设置于负极集电板本体侧壁上且向外凸出的连接部，所述连接部与对应的集电柱直接固定连接，用于引出负极电流。

9、具体的，各所述电堆塔和底座通过螺栓连接。所述密封罩和各所述集电柱之间采用高温陶瓷密封胶密封。

10、具体的，每个所述电堆塔组件中，电堆塔的数量为三个。

11、具体的，各所述电堆塔内部形成有空气出气通道，所述空气出气通道连通空气收集腔与所述底座的空气出口，各所述电堆塔的所述空气腔内的空气依次经过所述空气收集腔、所述空气出气通道以及所述空气出口流入到空气出气管道。

12、有益效果：

13、(1)本实用新型的固态燃料电池系统用电堆塔组将若干电堆塔串联在一起，能够提供更大的电解功率。

14、(2)本实用新型的一个实施例中，若干电堆塔沿垂直于底座高度方向的方向呈单排设置，使固态燃料电池系统用电堆塔组结构紧凑，体积小。

15、(3)各个电堆塔通过螺栓固定到底座上，更容易定位。

16、(4)电堆塔组的电流通过集电柱直接引出，便于与外部供电装置连接。

技术特征：

1.一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组，其特征在于，包括底座(1050)、电堆塔组件以及密封罩(60)，所述电堆塔组件包括若干电堆塔(30)，各所述电堆塔(30)均固定安装于所述底座(1050)上，各所述电堆塔(30)的内部形成有空气腔和燃料气腔，相邻的两个所述电堆塔(30)之间串联连接；所述密封罩(60)套设在所述电堆塔组件外侧并与底座(1050)密封连接；所述电堆塔组件的首位和最后一位电堆塔(30)分别连接有集电柱(40)，各所述集电柱(40)的末端均伸出所述密封罩(60)之外；所述密封罩(60)、所述电堆塔组件以及所述底座(1050)配合形成相对密封的空气收集腔(70)，所述空气收集腔(70)与所述空气腔连通；所述底座(1050)上设有与各所述电堆塔(30)的燃料气腔连通的燃料气进口(1051)以及燃料气出口(1052)、与各所述电堆塔(30)的空气腔连通的空气进口(1053)以及与空气收集腔(70)连通的空气出口(1054)。

2.根据权利要求1所述的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组，其特征在于，若干电堆塔(30)沿垂直于底座(1050)高度方向的方向呈单排设置。

3.根据权利要求2所述的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组，其特征在于，还包括与所述燃料气进口(1051)连接的燃料气进气管道(1010)、与所述燃料气出口(1052)连接的燃料气出气管道(1020)、与所述空气进口(1053)连接的空气进气管道(1030)以及与所述空气出口(1054)连接的空气出气管道(1040)。

4.根据权利要求3所述的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组，其特征在于，包括密封垫(20)，所述密封垫(20)设置于所述密封罩(60)与所述底座(1050)之间。

5.根据权利要求4所述的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组，其特征在于，各所述电堆塔(30)包括供气底板(3040)以及固定安装于供气底板(3040)上方的若干沿高度方向堆叠的电堆，每个电堆包括正极端板(3010)以及负极端板(3030)；各所述电堆塔(30)通过该电堆塔(30)的最下方一个电堆的负极端板(3030)与与其相邻的另一个所述电堆塔(30)的最上方一个电堆的正极端板(3010)串联连接；所述电堆塔组件中的首位电堆塔(30)的最上方一个电堆的正极端板(3010)与用于引出正极电流的集电柱(40)连接，最后一位电堆塔(30)的最下方一个电堆的负极端板(3030)与该电堆塔(30)的供气底板(3040)之间另设有负极集电板(3020)，负极集电板(3020)与用于引出负极电流的集电柱(40)连接。

6.根据权利要求5所述的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组，其特征在于，所述电堆塔组件包括银条(50)，各所述电堆塔(30)通过该电堆塔(30)的最下方一个电堆的负极端板与与其相邻的另一个所述电堆塔(30)的最上方一个电堆的正极端板通过银条(50)串联连接。

7.根据权利要求6所述的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组，其特征在于，负极集电板(3020)包括负极集电板本体(3021)以及设置于负极集电板本体(3021)侧壁上且向外凸出的连接部(3022)，所述连接部(3022)与对应的集电柱(40)直接固定连接，用于引出负极电流。

8.根据权利要求7所述的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组，其特征在于，各所述电堆塔(30)和底座(1050)通过螺栓连接；所述密封罩(60)和各所述集电柱(40)之间采用高温陶瓷密封胶密封。

9.根据权利要求8所述的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组，其特征在于，每个所述电堆塔组件中，电堆塔(30)的数量为三个。

10.根据权利要求9所述的一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组，其特征在于，各所述电堆塔(30)内部形成有空气出气通道，所述空气出气通道连通空气收集腔(70)与所述底座(1050)的空气出口(1054)，各所述电堆塔(30)的所述空气腔内的空气依次经过所述空气收集腔(70)、所述空气出气通道以及所述空气出口(1054)流入到空气出气管道(1040)。

技术总结
本技术提供了一种固态氧化物电解池系统用电堆塔组。该电堆塔组包括底座、电堆塔组件以及密封罩，电堆塔组件包括若干电堆塔，各电堆塔均固定安装于底座上，各电堆塔的内部形成有空气腔和燃料气腔，相邻的两个电堆塔之间串联连接。密封罩套设在电堆塔组件外侧并与底座密封连接。电堆塔组件的首位和最后一位电堆塔分别连接有集电柱，各集电柱的末端均伸出密封罩之外。密封罩、电堆塔组件以及底座配合形成相对密封的空气收集腔，空气收集腔与空气腔连通。底座上设有与各电堆塔的燃料气腔连通的燃料气进口以及燃料气出口、与各电堆塔的空气腔连通的空气进口以及与空气收集腔连通的空气出口。

技术研发人员：王绍荣,阚世超,杨小春,康连喜,陈国飞,赵骞,滕越,张洁
受保护的技术使用者：徐州普罗顿氢能储能产业研究院有限公司
技术研发日：20230915
技术公布日：2024/4/22