專利名稱：整體固體氧化物燃料電池及其改進(jìn)型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電設(shè)備，具體說是涉及該設(shè)備的固體氧化物燃料電池(SOFC)。
背景技術(shù)：
SOFC是通過燃料(例如氫氣、天然氣、煤氣，或其它碳?xì)浠衔锘娜剂?與氧化劑(如空氣)的直接電化學(xué)作用產(chǎn)生直流電的設(shè)備。SOFC包含有傳導(dǎo)氧離子電解質(zhì)(現(xiàn)以穩(wěn)定的氧化鋯為基)，用于把空氣電極(陰極)和燃料電極(陽極)分開。燃料在陽極氧化，電子釋放到外部電路后被陰極吸收。陰極反應(yīng)使氧化劑氣體被還原成氧離子，然后穿過能傳導(dǎo)氧離子的電解質(zhì)遷移到陽極。電子在外電路中的運動產(chǎn)生電動力(典型的是1個單電池1伏)。在電池上加負(fù)載后，便產(chǎn)生電流，從而產(chǎn)生電流密度。其值依賴于電池的設(shè)計和所用的材料。電池通常在700～1000℃下運行。《陶瓷燃料電池科學(xué)與技術(shù)》(作者N.Q.Minh和T.Takahashi，阿姆斯特丹Elsevier出版社，1995年)中描述了SOFC的基本反應(yīng)，以及利用它們產(chǎn)生電力的方法。
SOFC的最大特點是轉(zhuǎn)化效率高(如果包含所利用的熱通常在50～90％)，放射低，廢熱等級高，以及集成能力高(電力從幾kW到若干MW)。
利用內(nèi)部連接或雙極板(一般以摻雜鑭的亞鉻酸鹽為基，或者高溫金屬體系)，通常把單個SOFC裝在一起形成電池組系統(tǒng)。單電池一般產(chǎn)生1伏電壓，但通過并聯(lián)和串聯(lián)的方式把單電池裝在一起，便可得到想要的電壓。SOFC幾種現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)包括平板狀、管狀和整體設(shè)計。但是，需要強調(diào)的是，除了以上三種主要的結(jié)構(gòu)外，還有其它的設(shè)計，但在所有的設(shè)計中基本原理是相同的，即傳導(dǎo)氧離子電解質(zhì)把燃料氣體(在陽極)與氧化性氣體(在陰極)分隔開。作為例子，請參見文章“陶瓷燃料電池”(作者N.Q.Minh，刊登于《美國陶瓷學(xué)會會刊》1993年76卷第3期563～588頁)。
為了完全地實現(xiàn)SOFC系統(tǒng)，進(jìn)而完全將其商業(yè)化，其必須在很長的時期內(nèi)保持可靠，不能在加熱和冷卻過程中產(chǎn)生熱破裂。這個系統(tǒng)還必須與傳統(tǒng)的技術(shù)(例如氣體渦輪機和柴油發(fā)電機)相比具有商業(yè)競爭力，因此它必須相對便宜和易于安裝?，F(xiàn)有設(shè)計的主要不足是基本上由單電池封裝而成。平板狀設(shè)計使用平板狀電解質(zhì)，陰極和陽極分別位于它的一端，是在制造上最便宜的，但它的主要問題是密封平板時沒有對陶瓷板施加過多的應(yīng)力，或者是在密封劑與燃料電池之間的化學(xué)相容性。管狀設(shè)計的問題是使用封口或開口管的密封。在傳統(tǒng)的管狀設(shè)計中，使用的是擠壓的多孔摻雜鑭的亞錳酸鹽支撐管。電解質(zhì)(穩(wěn)定的氧化鋯)用電化學(xué)氣相沉積在支撐管上。陽極用稀漿噴涂電化學(xué)氣相沉積在電解質(zhì)上，摻雜鑭的亞鉻酸鹽用等離子噴涂在燃料電池上用于其內(nèi)部連接。接著把燃料電池捆扎成電池組系統(tǒng)，然后包裝成SOFC系統(tǒng)?？諝獗萌牍茏觾?nèi)部，管子外部與燃料氣體接觸。管子的一端封閉，因此廢空氣能從一個環(huán)流回。而廢燃料也可循環(huán)使用以回收熱能。
管狀的設(shè)計是很成功的，但這個設(shè)計不能進(jìn)行快的熱循環(huán)，因為熱應(yīng)力可以使燃料電池破裂。盡管已進(jìn)行了改造，目前該設(shè)計的局限在于需要5小時從室溫升高到1000℃的工作溫度。美國專利5244752描述了使用上述技術(shù)的現(xiàn)有的發(fā)電機。在美國專利4374184、4395468、4664986、4729931和4751152中對這些SOFC作了較大的重整。上述制作昂貴，不能制造小型化設(shè)備(10kW以下)。上述系統(tǒng)的制造商通過降低原材料的花費來降低制造成本。例如，燃料電池的90％的重量在摻雜鑭的亞鉻酸鹽空氣電極上，這樣通過使用便宜的原材料(高雜質(zhì)含量)來大大降低成本。正如文章“固體氧化物燃料電池進(jìn)展”(作者S.C.Singhal，《固體氧化物燃料電池》第5卷，電化學(xué)學(xué)會編，新澤西，1997年37-50頁)中所述。但是，該系統(tǒng)的這個成本對于小規(guī)模生產(chǎn)是不適用的。
為了克服高生產(chǎn)成本的問題，使用了擠壓的薄壁穩(wěn)定氧化鋯管，參見澳大利亞專利675122。該設(shè)計的內(nèi)部電極是燃料電極，而外部電極是空氣電極(通常是鑭亞鉻酸鹽)。在此設(shè)計中，管子支撐在一個隔熱的容器中，通過一個通道廢氣可以從其中排出。由于使用了擠壓技術(shù)來擠壓制作混有例如聚乙烯醇縮丁醛和環(huán)己烷的穩(wěn)定氧化鋯，該設(shè)計降低了管子成本。上述管子排成陣列裝在隔熱的容器中，通過一個通道排出燃燒產(chǎn)物。從管子的頂端直接供入氣體。當(dāng)迫使空氣進(jìn)入時，燃燒產(chǎn)物從同一通道排出。該設(shè)計雖然簡單，但燃料電池不能在反應(yīng)器中移動，這同樣也在燃料電池中產(chǎn)生應(yīng)力積累，從而導(dǎo)致燃料電池?fù)p壞。
在上述設(shè)計中對SOFC發(fā)電機的燃料重整也是不可能的。對燃料(在此情況下通常是碳?xì)浠衔锶剂?的重整是把燃料與水和/或二氧化碳混合以產(chǎn)生一氧化碳和氫氣。這種重整的燃料直接用于SOFC系統(tǒng)。在大多數(shù)情況下，這種燃料的重整在SOFC發(fā)電機外部進(jìn)行，這就需要像熱交換器和泵之類的貴重設(shè)備，也使得整個系統(tǒng)變得龐大。由于損失了系統(tǒng)大量的能量(熱)并且導(dǎo)致整個系統(tǒng)效率的降低和復(fù)雜程度的增加，上述在發(fā)電機外部進(jìn)行的重整反應(yīng)是不希望出現(xiàn)的，這在美國專利47299331中得到了部分改變，其中可重整的氣體燃料在SOFC發(fā)電機中得到了重整。在此系統(tǒng)中，部分廢燃料分成兩股一股與廢空氣形成廢氣，被部分排出；另外一部分廢氣接著與另一股廢燃料混合。這股混合氣體流再與可重整的氣體燃料混合。此發(fā)明中整體使用了熱平衡以使熱損失減小到最低限度。此發(fā)明中使用了傳統(tǒng)的管狀SOFC系統(tǒng)的設(shè)計，請參見上述美國專利。但是此專利并沒有克服原有的問題，如系統(tǒng)的復(fù)雜性、價格高、快速加熱和冷卻熱循環(huán)的能力。這個系統(tǒng)并且也很復(fù)雜。
另一個設(shè)計參見美國專利3377703。這里，幾個電解質(zhì)管直立在一個陶瓷基座上。氣體通過電解質(zhì)管并在其頂部燃燒，然后熱氣體流過系統(tǒng)的熱交換器。盡管該設(shè)計簡單，但需要大量耐高溫的密封，并且不能承受熱應(yīng)力，而熱應(yīng)力出現(xiàn)在較快的起始階段。
發(fā)明概述因此本發(fā)明的目的是提供一種帶有固體燃料電池的發(fā)電設(shè)備，以克服上述的不足之處，或者是至少為大眾提供一種有用的選擇。
首先，本發(fā)明涉及一種發(fā)電設(shè)備，包括在一個反應(yīng)室中多個管狀固體氧化物燃料電池，每個上述燃料電池都有一個面向內(nèi)部的反應(yīng)表面和面向外部的反應(yīng)表面，電極連接在上述每個表面上，上述燃料電池的一端安裝在一個匯流座上；第一氣體進(jìn)入通道，給上述反應(yīng)室提供第一氣體，上述第一氣體流經(jīng)上述燃料電池的外部；第二氣體進(jìn)入通道，給上述燃料電池的固定端提供第二氣體，上述第二氣體流經(jīng)上述燃料電池的內(nèi)部；從上述反應(yīng)室排出廢氣的排出通道，位于靠近上述燃料電池的端部并遠(yuǎn)離上述匯流座，它讓廢氣流出并且貧化的氣體可以與另外一種氣體燃燒；電能匯集裝置，它把導(dǎo)體連接到上述燃料電池的內(nèi)部和外部；上述第一和第二氣體中之一是可重整的燃料氣體，另一種是氧化性氣體。根據(jù)上述燃料電池反應(yīng)表面的排列狀況，上述氣體的通道用于輸送上述可重整氣體和氧化性氣體中的一種；上述可重整氣體通道含有重整催化劑，并裝在與上述廢氣通道和上述反應(yīng)室相關(guān)聯(lián)的熱交換器內(nèi)，這樣，在穩(wěn)態(tài)工作時，其中的氣體可升高到一定溫度，在催化劑的作用下使氣體重整；上述氧化性氣體通道裝在與上述廢氣通道和上述反應(yīng)室相關(guān)聯(lián)的熱交換器內(nèi)，這樣，在穩(wěn)態(tài)工作時，氣體在燃料電池中可升高到反應(yīng)溫度，在此溫度下燃料電池工作。
每個上述管狀燃料電池的外徑為3～10mm，壁厚0.3～1mm。
在上述氧化性氣體的進(jìn)入通道內(nèi)可以安裝不同的氣體流動限制裝置，以限制流向上述燃料電池和上述燃燒區(qū)的氧化性氣體，從而控制燃燒溫度。
第二氣體進(jìn)入通道可部分包含圓柱狀或圓錐狀的腔室，上述廢氣排出通道同樣也可部分為圓柱形或圓錐形，它與上述進(jìn)入通道同心，二者被通常由氧化鋁或莫來石材料制成的隔層分開，上述隔層的材料也可以由熱阻性能低于上述兩種材料的材料制成。
第一氣體進(jìn)入通道至少一部分是圓柱形通道，與上述氧化性氣體進(jìn)入通道由隔層隔開，上述隔層由氧化鋁或莫來石制成，或者也可由熱阻性能低于上述兩種材料的材料制成。
在上述反應(yīng)室和上述廢氣排出通道間設(shè)置一層隔板，上述管狀燃料電池穿過上述隔板的孔伸入到上述廢氣通道，部分反應(yīng)氣體可以經(jīng)過上述隔板的孔從上述反應(yīng)室流到上述廢氣通道，與部分從上述管狀燃料電池中流出的貧化氣體燃燒。
每個上述管狀燃料電池可以僅通過安裝在上述匯流座來支撐。
每個上述燃料電池可以穿過上述隔板的一個孔，但它與上述孔的邊緣之間應(yīng)有明顯的間隙，從上述反應(yīng)室流到上述廢氣排出通道的部分貧化氣體，通過隔板和上述相應(yīng)的燃料電池之間的間隙，可以流過上述孔。
在上述匯流座下面，第一氣體進(jìn)入通道可包含一個充氣室，并且上述燃料電池的固定端可伸出上述匯流座。上述充氣室用于給上述燃料電池固定端分送上述氣體。
第一氣體可以是氧化性氣體，并且電力匯集裝置與上述燃料電池的位于上述充氣室的內(nèi)部和外部電極相連。
第一氣體進(jìn)入通道可以包括導(dǎo)熱的氣體導(dǎo)管，它穿過上述匯流座延伸到上述充氣室。導(dǎo)管的第一長度通過上述反應(yīng)室，在穩(wěn)態(tài)工作的條件下，從上述反應(yīng)室的氣體中吸收熱。
上述導(dǎo)熱的氣體導(dǎo)管的第二長度至少部分穿過上述廢氣排出通道。
可以有一個環(huán)狀的腔室環(huán)繞上述反應(yīng)室，它帶有氣體進(jìn)入裝置，通過它氣體流進(jìn)上述環(huán)狀腔室；還有氣體流出裝置，它位于上述環(huán)狀腔室上與上述進(jìn)入裝置遠(yuǎn)離的一端，使氣體從上述環(huán)狀腔室流入上述反應(yīng)室。上述氣體流出裝置的位置靠近上述匯流座。上述反應(yīng)室與上述環(huán)狀腔室的隔層是導(dǎo)熱的，例如由氧化鋁或莫來石制成，或者是其它熱阻性相似的材料。
在上述環(huán)狀腔室與上述反應(yīng)室之間的隔層上應(yīng)裝有一個或多個混合口和產(chǎn)生吸力的裝置。上述混合口位于上述兩室之間遠(yuǎn)離反應(yīng)室氣體流出裝置的一端。上述產(chǎn)生吸力的裝置借助于流過環(huán)形腔室氣體的作用，在緊靠上述混合口的環(huán)形腔室中產(chǎn)生低壓區(qū)，以迫使氣體從反應(yīng)室流過混合口進(jìn)入環(huán)形腔室。這種產(chǎn)生吸力的裝置可以由文氏管組成。
燃料電池可以是氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯電解質(zhì)，安裝在一種玻璃陶瓷絕緣子中(例如康寧玻璃公司銷售的MACOR牌)，匯流座由鐵素體不銹鋼制成。
在燃燒區(qū)應(yīng)裝有點燃裝置，以在局部產(chǎn)生足夠的熱量，在上述氧化性氣體參與的情況下點燃上述燃料氣體。
控制裝置用于控制點燃裝置和上述燃料氣體的流動，使燃料氣體在起動時以比產(chǎn)生電力所需要的速度高得多的速度流動。點燃上述氣體流并維持上述氣體流在一個很高的速度，直到匯流座的溫度達(dá)到大約800℃。
對于一般的SOFC系統(tǒng)，反應(yīng)溫度在400～600℃之間，而對于使用鎳催化劑的標(biāo)準(zhǔn)重整反應(yīng)，重整的溫度在600～800℃之間。
本發(fā)明的另一個特點是在上述發(fā)電設(shè)備中包含空間加熱器，其中上述廢氣用于加熱空間，上述產(chǎn)生的電力用于其它用途。
本發(fā)明的再一個特點是在上述發(fā)電設(shè)備中包含水加熱筒，其中上述廢氣用于加熱上述水加熱筒內(nèi)的供水，上述產(chǎn)生的電力用于其它用途。
本發(fā)明還有一個特點是包括參照附圖進(jìn)行詳細(xì)描述和圖解的發(fā)電設(shè)備。
對于熟知本發(fā)明涉及的技術(shù)的人員來說，結(jié)構(gòu)的任何改動、實施例的較大變化及對本發(fā)明的應(yīng)用都不會偏離本發(fā)明的權(quán)利要求限制的范圍。這里的內(nèi)容及描述僅是為了說明，并不帶有任何局限。
附圖簡述下面將參照以下附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行描述

圖1是按照本發(fā)明一個實施例的發(fā)電設(shè)備的側(cè)剖視圖的一部分；圖2是按照本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的已固定的燃料電池的側(cè)剖視圖；圖3是按照本發(fā)明一個實施例的多個已安裝的燃料電池及其附屬支撐結(jié)構(gòu)的側(cè)剖視圖；圖4是按照本發(fā)明一個實施例的多個燃料電池組裝成束的側(cè)剖視圖；圖5是按照本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的發(fā)電設(shè)備的側(cè)剖視圖的一部分。
最佳實施例參照圖1，當(dāng)燃料流過管裝燃料電池的內(nèi)部和空氣流過其外部時，在多個管狀燃料電池2中產(chǎn)生電能。這種結(jié)構(gòu)的燃料電池在本技術(shù)中是公知的，文章“由直徑2mm的擠壓管制成的SOFC發(fā)電系統(tǒng)”(作者K.Kendall，T.W.J.Longstaff，第二屆歐洲固體燃料電池論壇，瑞典Luceme，1996年5月6～10日，第195頁)中描述的燃料電池是非常適合的。燃料電池安裝在基板5上，形成重整室7的頂部。在重整室中有重整催化劑，它將含碳燃料轉(zhuǎn)化成富氫混合物。
空氣通過多孔環(huán)16、17進(jìn)入系統(tǒng)，多孔環(huán)安裝在上述腔室的外面?？諝饬鬟^燃料電池，在燃料電池的末端與轉(zhuǎn)化的燃料燃燒，然后離開管子。
空氣在熱交換器中吸收熱量達(dá)到所需要的工作溫度，上述熱交換器由同心的管道4和6組成。部分熱傳遞到重整室7。
熱交換器的內(nèi)管6端部是開口的，外管4的一端是盲端。盲端置于燃燒器之上，因此燃料氣體被強迫通過管道之間的空隙從而加熱管道。傳遞的熱的大部分通過內(nèi)管，因為外管是絕熱的。發(fā)電設(shè)備的起動，關(guān)閉和控制系統(tǒng)在室溫時起動，起動時打開氣體閥并點燃流過管子的氣體。這可以通過安裝在外管上的現(xiàn)有的點燃裝置完成。此時的氣體流為發(fā)電期間所需正常氣體流的5～10倍。因此，在起動階段，一個額定功率為1kW的系統(tǒng)，進(jìn)入系統(tǒng)的熱量為10～20kW。這樣的一個系統(tǒng)含有10kg的不銹鋼，因此加熱到工作溫度的時間不到1分鐘。一旦溫度達(dá)到大約800℃(測量基板的溫度)，起動階段結(jié)束。
通過調(diào)節(jié)氣體流到一個最小程度將系統(tǒng)維持在此溫度下，把系統(tǒng)設(shè)為空載。此時的氣流為正常氣流的10～30％。一旦有電流輸出，氣流調(diào)到滿量程從而輸出電流。電流的輸出可以探測，例如測量磁場的變化。
過程溫度的控制由以下方法完成調(diào)節(jié)空氣進(jìn)入的多少，機械控制空氣進(jìn)入系統(tǒng)的阻力，相對環(huán)16旋轉(zhuǎn)環(huán)17。
上述控制可以在傳統(tǒng)的燃燒器控制系統(tǒng)中進(jìn)行設(shè)計，它還可能具有一些附加功能。
使用上述結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是可靠和低成本，因為相對于電流的需求，系統(tǒng)的氣體供應(yīng)必須連續(xù)可調(diào)。不足之處在于，當(dāng)電力需求量低時，大部分氣體燃燒掉了，這樣系統(tǒng)的效率低。氣體的流量是可調(diào)的還是固定的(或分段固定)，取決于應(yīng)用場合。
當(dāng)電流輸出為零時關(guān)閉設(shè)備，這時以停機的流量供氣，直到溫度降到300℃以下停止供氣。
一個可能出現(xiàn)的問題是電壓太低，例如由于供氣太少造成陽極氧化。這種狀況必須通過電壓檢測來探測，以使電流調(diào)節(jié)到零，氣體流量到達(dá)停機水平。系統(tǒng)的體積整個系統(tǒng)的外徑大約40cm(允許有5cm用于隔熱)，高約80cm，裝有800個燃料電池，使用氫氣時每個輸出1.5W功率。這樣可輸出1.2kW的電能，效率為45％(LHV)，其中產(chǎn)生的溫度在500℃以上，熱量可以回收。回收的熱量應(yīng)用于其它需要低等級熱量的地方，例如加熱空間和水。在一些情況下，加熱空間和水的能力可能是首要目的，而發(fā)電是第二個考慮因素。管狀燃料電池圖1、2和3中的燃料電池2由三層組成，其外徑一般為1～5mm，長度達(dá)500mm。大型的系統(tǒng)可能含有高達(dá)1000個燃料電池。其外層是陰極，與含氧的氣體，例如空氣，接觸。氧在外層中獲得電子變成氧離子，氧離子遷移過中間層，即電解質(zhì)。遷移在600～1000℃發(fā)生，這取決于電解質(zhì)的材料，從而它也決定了工作溫度。當(dāng)氧離子達(dá)到內(nèi)層陽極時與燃料(例如氫)反應(yīng)生成水。氫釋放的電子通過電路到達(dá)陰極。
陽極是多孔的，因為它必須能透過氣體。它由鎳制成，混有電解質(zhì)。電解質(zhì)是氧離子導(dǎo)體，例如氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯。它必須非常致密以阻止氣體組份通過。陰極形成外層，也是多孔的，由陶瓷制成，例如摻雜的LaMnO3。
電解質(zhì)管的制作是先把電解質(zhì)材料與粘結(jié)劑和增塑劑混成膏狀，再把膏狀混合物擠壓成管，最后燒結(jié)。
陽極和陰極的材料分別制成稀漿涂在電解質(zhì)的內(nèi)層和外層。陽極稀漿通過抽吸的方法涂覆，陰極采用涮涂或噴涂的方法。然后燒結(jié)成電極。
也可以使用其它離子導(dǎo)體，而不用氧化鋯，典型的材料如摻雜的CeO2、摻雜的鈦酸鈣。
其它的電極材料，對于陽極可用CeO2(和其它催化劑金屬)和其它氧化物陶瓷導(dǎo)體，例如鈦酸鈣。對于陰極可選用LaCoO2。這些材料的電化學(xué)活性比上述的傳統(tǒng)電極材料的高，特別是在較低的溫度下。
制作燃料電池的另一種方法是，首先擠壓和燒結(jié)陽極材料管；在這個管子上施一薄層電解質(zhì)，它與陽極的接觸面積可以通過對陽極管的抽吸來增加；燒結(jié)后再施一層陰極材料再燒結(jié)。
上述方法的優(yōu)勢是電解質(zhì)層作得很薄，減小了內(nèi)阻；并且陽極較厚，增大了陽極重整的能力。電流匯集電子通過接線端子14和導(dǎo)電層進(jìn)入陰極，導(dǎo)電層位于陰極上。接線端子14裝在管狀燃料電池的入口端，作為一個例子，它可以由鎳箔制作。
導(dǎo)電層(沒有示出)，作為例子，可以是銀線或銀膏。當(dāng)然，可以使用任何具有足夠?qū)щ娦缘膶?dǎo)體。
接線端子14是由0.2～0.3mm厚的金屬箔制成，切成約為8mm×8mm的方形，還帶有一個約3mm×8mm的舌片。用一個與管狀燃料電池直徑相同的棒把它折成圓，安裝在陶瓷管上。在舌片上打一個小孔用于連接鄰近燃料電池的陽極線。舌片的末端最好與燃料電池的末端在一水平面上，從而避免短路。
陽極產(chǎn)生的電子經(jīng)過集流器，例如由鎳制成，集流器由多股線相互纏繞在一起構(gòu)成。這樣繞線能保證電接觸，但也留下氣體通過的空隙。密封把每個燃料電池安裝在匯流板5上，它通常是導(dǎo)體材料如不銹鋼，用一個環(huán)形的絕緣子把管狀燃料電池固定。燃料電池和絕緣子之間以及絕緣子和匯流板51之間應(yīng)密封接觸。為達(dá)到這一目的發(fā)展了一種制作工藝，下面將結(jié)合圖2描述。
陶瓷環(huán)22暫時粘結(jié)到陶瓷絕緣子13上，陶瓷絕緣子圍繞著燃料電池，并且恰與接線端子14配合，其長度約為25mm。陶瓷環(huán)的長度約為4mm并恰與陶瓷管配合，它僅有一半的長度套在絕緣子上。這樣，當(dāng)燃料電池放入時形成一個小的盆腔23，在里面可放入粘接劑。粘接劑呈漿狀，因此當(dāng)在絕緣子的另一端抽吸時，粘接劑就進(jìn)入管狀燃料電池和絕緣子之間。隨后，這個盆腔也填滿粘接劑，從而在管狀燃料電池2和絕緣子13間形成好的密封。
燃料電池用粘接劑固定在基板上，方法如上述相同。放入燃料電池后，粘接劑倒入盆腔內(nèi)再抽吸。
為增加粘接劑與基板的接觸面積，在上面刻上標(biāo)準(zhǔn)尺寸的螺紋。所用的粘接劑是商用的氧化鋁、氧化鋯和氧化鎂粘接劑。
基板的材料是高品質(zhì)的不銹鋼，優(yōu)選的是鐵素體型不銹鋼，因為它的膨脹系數(shù)小，因此不易產(chǎn)生由于膨脹系數(shù)錯配帶來的問題。
這樣，燃料電池安裝在基板5上，從而可以并聯(lián)或串聯(lián)的方式連接成組。
為了增加單位面積上的燃料電池的數(shù)量及其可靠性，燃料電池可捆扎成束，如圖4所示。很多燃料電池圍繞著一根金屬棒29，它作為集流器。如同單一燃料電池的固定一樣，這一組件用粘接劑固定于陶瓷絕緣子中，再放在基板中。管狀燃料電池用線30固定在棒上。
陶瓷絕緣子13和匯流板5最好選用與燃料電池電解質(zhì)材料的膨脹系數(shù)相近的材料制作，以減小在加熱和冷卻過程的熱應(yīng)力。對于前述的燃料電池，陶瓷絕緣子由玻璃陶瓷制作，例如康寧玻璃公司生產(chǎn)的MACOR牌可切削玻璃陶瓷；而匯流板由鐵素體不銹鋼制作是適合的，上面利用堆垛滲金屬技術(shù)涂有氧化鋁擴散層。燃燒器在燃料電池的頂部裝有小的空的陶瓷管，其材質(zhì)為氧化鋁。它的內(nèi)徑應(yīng)細(xì)小以使氣體速度足夠高，讓火焰保持在管的外部，尺寸一般為0.5mm。
整個系統(tǒng)在受到外部機械沖擊后通過在燃料電池的末端放置一塊多孔壁24能恢復(fù)原狀，多孔壁上的孔與基板上的孔是同軸的。多孔壁的位置由棒26固定，棒26上有螺絲擰入基板中固定。為了防止短路，孔中裝有氧化鋁管25，固定在多孔壁上。氧化鋁管內(nèi)側(cè)小的空隙可以讓空氣流過。這樣，管狀燃料電池在軸向上可自由膨脹，但在徑向的移動受到限制，因此可防止由機械沖擊造成的損壞。重整室?guī)в须姵睾蛯?dǎo)線的基板安裝在一個管道內(nèi)，形成腔室7，在其內(nèi)部能進(jìn)行重整，從而系統(tǒng)使用重整的燃料混合物，如天然氣或甲烷和水蒸汽。重整室含有重整催化劑，如鎳?yán)w維。通入可重整燃料混合物的重整室利用與廢氣熱交換的方法充分加熱，使燃料混合物溫度升高到足夠發(fā)生重整，例如800℃。這必須確保重整催化劑放置在腔室的最熱區(qū)，以防止燃料形成積炭。為達(dá)到這一目的，催化劑30放在多孔壁31上，多孔壁31安裝在基板5下面幾厘米處。另外，催化劑也可以放置在管子2中，在這種情況下，可重整的燃料混合物必須在進(jìn)入管子之前達(dá)到重整溫度，以保證重整不徹底或在管子表面形成積炭的現(xiàn)象不會發(fā)生。氣體的密封和電能的輸出連接燃料電池正極和負(fù)極的導(dǎo)線在電絕緣和氣體密封的條件下與外部相連。這個組件主要包括一個有幾厘米長的長孔的鋼棒27。氣體從棒的側(cè)面一個孔通入，電線18、19直著通過。電線穿過PTFE(或者相似的材料)環(huán)20的孔到達(dá)棒的底部，然后側(cè)向彎曲。另外還安裝了另一個PTFE(或者相似的材料)的板28和一個金屬環(huán)21。金屬和PTFE(或者相似的材料)板螺紋連接在鋼棒上，這樣起到了氣體密封的作用?？諝饬鲃拥目刂蒲鯕?空氣)通過環(huán)16、17的孔進(jìn)入系統(tǒng)，環(huán)16、17安裝在氣體室上。流進(jìn)的氣體從在內(nèi)管6和外管4之間流過的熱氣中吸收熱量，并把部分熱傳遞給重整室的燃料氣體。
為控制空氣的進(jìn)入，其中的一個環(huán)17可以旋轉(zhuǎn)。通過旋轉(zhuǎn)環(huán)17，進(jìn)入系統(tǒng)的空氣可以增多或減少。為了控制火焰的溫度進(jìn)而對過程控制，需要控制空氣的供給。系統(tǒng)產(chǎn)生電能的電化學(xué)反應(yīng)器由一系列管狀燃料電池2組成，燃料電池的一端安裝在基板5上并且電氣連接。
基板5作為燃料氣體的總管。由于燃料電池僅是一端固定，可以避免熱應(yīng)力?；灏惭b在一個管道的端部，管道中含有重整催化劑。管道的另一端與一個管子相連，這個管子把可重整的燃料混合物輸入系統(tǒng)。這樣形成一個重整室7。
這樣，燃料氣體在管子的內(nèi)部流動，而空氣在其外部流動。一般在600～1000℃的溫度下，氣體發(fā)生轉(zhuǎn)化，從而產(chǎn)生電能。電經(jīng)過電極上的導(dǎo)電電線或?qū)щ娖醾鞯饺剂想姵氐亩瞬俊Ｒ话愕?，燃料電池在基板的底?燃料側(cè))的電氣連接采用串聯(lián)方式。由于燃料電池的電氣連接是在基板的燃料側(cè)，主要的電導(dǎo)線不得不穿過含有燃料的隔層。這可用引線塊解決，如上所述。
進(jìn)入燃料電池的燃料氣體通過燃料電池后其轉(zhuǎn)化率一般為50～90％，這樣在管子的端部存在貧化的燃料。周圍的空氣8穿過環(huán)16和17的孔以對流的方式進(jìn)入系統(tǒng)。借助于貧化燃料的燃燒，空氣被強迫進(jìn)入系統(tǒng)，并流過燃料電池，消耗掉了部分氧。這樣，對燃燒器供給空氣，在那里消耗掉氧?？諝膺€有一個作用是控制系統(tǒng)的溫度。一般地，為了防止沿燃料電池的長度上過大的溫度差，空氣的流動速度比燃料的流動快5～10倍。
由兩個同心放置的管道組成的熱交換系統(tǒng)，把由燃燒器產(chǎn)生的熱量返回到系統(tǒng)的入口。外管4有一盲端，內(nèi)管6兩端開口。內(nèi)管大約從重整室的底部延伸到管子的另一端。由于燃燒的作用，迫使空氣從重整室和內(nèi)管之間進(jìn)入?？諝饬鬟^燃料電池，通過電化學(xué)過程轉(zhuǎn)化了其中的部分氧。這種部分消耗掉氧的空氣與貧化的燃料氣體一起燃燒。由于外管具有盲端，產(chǎn)生的熱不能升高，而是沿著內(nèi)管的外側(cè)下降，從而把熱傳遞給內(nèi)管，隨后傳給進(jìn)入的空氣。圖5所示的另一個系統(tǒng)圖5示出了性能優(yōu)于上述系統(tǒng)的另一個系統(tǒng)。這個實施例提供了更加高級的熱交換器，其結(jié)構(gòu)是反應(yīng)室40和燃燒室41裝在一個高導(dǎo)熱的隔層48中，它被一個作為一種反應(yīng)氣體(在圖示的實施例中是燃料氣體)進(jìn)入通道的環(huán)狀空間46所環(huán)繞。
從一些細(xì)節(jié)上看，上述設(shè)備有一個反應(yīng)室40，它被導(dǎo)熱隔層48所環(huán)繞，例如其材料為氧化鋁或莫來石。在反應(yīng)室的下端是一個匯流座51，上端是一個多孔壁47。如同圖1的實施例一樣，每個燃料電池61的一端62安裝在匯流座51中。燃料電池61垂直地穿過反應(yīng)室40和多孔壁47上的孔63?？?3的直徑比管狀燃料電池61的直徑大，從而在每個燃料電池的周圍留有環(huán)形間隙。燃料電池的一端65在多孔壁47之上伸入燃燒室41中，形成廢氣的部分排出通道。為了清楚地表達(dá)圖5中僅畫出了一小部分燃料電池。在一個完整的系統(tǒng)中將有成百上千個燃料電池。
燃燒室41的底部是多孔壁47，其周圍側(cè)面和頂部是導(dǎo)熱的隔層48及圓錐形擴展64形成的頂蓋。燃燒室有一出口43，氣體進(jìn)氣管道49從廢氣出口43處向下穿過燃燒室41、多孔壁的孔50、反應(yīng)室40和匯流座51。盡管圖5中的廢氣出口43是截頭的圓錐體，但為提高廢氣和進(jìn)氣管道49間的熱交換，廢氣出口43和進(jìn)氣管道49在需要的很長距離內(nèi)保持同心。
進(jìn)氣管道49延伸到或穿過匯流座51，并在匯流座51下面的充氣室42中有一出口。充氣室42由底部的底板52和側(cè)面的外壁57圍成。
導(dǎo)熱隔層48的底部邊緣60位于匯流座51上，并在那里形成環(huán)形臺階59。外壁57與導(dǎo)熱隔層48同心并保持一定距離，從而形成環(huán)繞反應(yīng)室40和燃燒室41的環(huán)形腔室46。外壁57與匯流座51和底板52的圓周間形成密封。作為例子，外壁57可以由不銹鋼制成。設(shè)備的外壁最好環(huán)繞一層隔熱層58。
環(huán)形腔室46是第二反應(yīng)氣體進(jìn)入通道的主要部分，第二反應(yīng)氣體從廢氣出口43附近的入口45進(jìn)入。環(huán)形腔室46在其底端靠近匯流座51有一個或多個出口54。為使進(jìn)入氣體到達(dá)所需溫度，可讓一小部分氣體通過出口55從反應(yīng)室中流回到環(huán)形腔室46以進(jìn)行進(jìn)一步熱交換。為了能使氣體從出口55中流出，在出口55的附近裝一個傾斜的翼片56作為文氏管，在緊靠出口55的部位產(chǎn)生一個低壓區(qū)。
循環(huán)的貧化燃料氣體還可以有局部的氧化重整反應(yīng)，這并不需要在燃料氣體流中有水存在。
在本發(fā)明圖5的實施例中，可以設(shè)想每個進(jìn)入通道既可用于氧化性氣體也可用于燃料氣體。重整催化劑或者位于環(huán)形腔室46的底部，或者位于充氣室42內(nèi)。如下面將要描述的，本實施例的操作是燃料氣體從入口45進(jìn)入，流過環(huán)形腔室46；氧化性氣體從進(jìn)氣管道49的入口44進(jìn)入，在充氣室中進(jìn)行分配；重整催化劑65如圖所示位于環(huán)形腔室46的底部。
設(shè)備工作時，燃料氣體在入口45按箭頭71所示進(jìn)入。燃料氣體的供給優(yōu)選的應(yīng)使用傳統(tǒng)方法通過調(diào)節(jié)燃料氣體壓力由系統(tǒng)控制器控制。氧化性氣體的供給在進(jìn)氣管道49的入口44按箭頭70所示進(jìn)入，氧化性氣體的供給也可以由系統(tǒng)控制器控制，例如，對進(jìn)氣管道提供不同的限制。在某些情況下，需要對氧化性氣體預(yù)加壓，作為例子可以使用一個小風(fēng)扇實現(xiàn)。
燃料氣體按箭頭72所示的路徑流動，流過燃燒室41導(dǎo)熱的頂蓋64達(dá)到環(huán)繞著導(dǎo)熱隔層48的環(huán)形腔室46，燃料氣體流過導(dǎo)熱隔層時被加熱，導(dǎo)熱隔層由燃燒室41中的燃燒和反應(yīng)室40中的熱氣所加熱，反應(yīng)室40由燃料轉(zhuǎn)化過程的放熱加熱。
進(jìn)入的燃料氣體通過與按箭頭82所示從出口55流出反應(yīng)室的一小部分貧化燃料氣體混合而被進(jìn)一步加熱。這樣，在設(shè)備的穩(wěn)態(tài)工作時，燃料氣體在達(dá)到重整催化劑65之前，溫度升高到約800℃。在催化劑65上燃料氣體流過時發(fā)生重整。
接著，重整的燃料氣體按箭頭73所示通過入口54進(jìn)入反應(yīng)室。重整的燃料氣體向上流過反應(yīng)室及燃料電池的外側(cè)，或者通過出口55流出反應(yīng)室返回環(huán)形腔室46，或者通過孔63、多孔壁47和燃料電池61之間的間隙流出反應(yīng)室。如果孔50和進(jìn)氣管道49間存在間隙，燃料氣體也可通過此間隙流入燃燒室41。上述間隙是否存在取決于進(jìn)氣管道49和多孔壁47所用的材料，即它們的熱膨脹系數(shù)是否允許緊密的配合。
氧化性氣體按箭頭70通過進(jìn)氣管道49的入口44進(jìn)入，按箭頭74、75所示向下流過進(jìn)氣管道達(dá)到其底部的出口66，進(jìn)入充氣室42后按箭頭76所示分散。充氣室很均勻地供給空氣進(jìn)入燃料電池61的開口端62。氧化性氣體按箭頭77進(jìn)入燃料電池61的開口端62，并按箭頭78所示在其中流過。
圖5所示的實施例中，燃料電池的陽極和陰極與圖1所示的實施例相比是相反的。電解質(zhì)管的內(nèi)表面形成陰極，電解質(zhì)的外表面形成陽極。氧化性氣體在管內(nèi)向上流動，燃料氣體圍繞在管的外面，如上所述在燃料電池的內(nèi)外兩側(cè)導(dǎo)電層之間產(chǎn)生化學(xué)勢。這些導(dǎo)電層之間的電氣連接優(yōu)選在燃料電池61在充氣室42的底部端62，充氣室中沒有燃料氣體，通常僅有熱空氣，是非常理想的、適合的環(huán)境。
貧化的氧化性氣體從燃料電池61的上端65進(jìn)入到燃燒室41，在那里它們與按箭頭80所示從孔63中流出的貧化燃料氣體一起燃燒，例如形成羽狀火焰81。上述燃燒提供額外的熱量加熱導(dǎo)熱隔層64和進(jìn)氣管道49，進(jìn)而加熱進(jìn)入系統(tǒng)的燃料氣體和氧化性氣體。貧化和燃燒后的氣體由廢氣出口43從設(shè)備中排出。
很明顯，與圖1中的系統(tǒng)中相比，考慮到產(chǎn)熱面積，圖5中的結(jié)構(gòu)具有很大的熱交換機會。這是因為，反應(yīng)室40和燃燒室41都包含在燃料氣體的進(jìn)入腔室46內(nèi)，并且氧化性氣體的進(jìn)氣管道在廢氣出口43從廢氣中吸收剩余的熱。系統(tǒng)還提供了與燃料電池的電氣連接在設(shè)備中一個很適宜的區(qū)域，即匯流板51下面的空氣充氣室。從組裝的角度來看，設(shè)備結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單，因為外壁57、58裝在導(dǎo)熱隔層48、64和匯流板51及底板52上面并與它們配合。非常直的陶瓷環(huán)密封足夠?qū)ι鲜鲞B接進(jìn)行密封。導(dǎo)熱隔層48、64很容易放在匯流板51的臺階59上，并固定多孔壁47在相應(yīng)的位置上。裝有燃料電池61和進(jìn)氣管道49的匯流板51，如前所述，可以預(yù)先組裝完成。
與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)勢本設(shè)計克服了許多與平面燃料電池設(shè)計有關(guān)的問題，因為—在平面設(shè)計中，裝置中80～90％的空間用于內(nèi)部連接，但從直接的意義上說這對電能的產(chǎn)生沒有貢獻(xiàn)；—內(nèi)部連接，當(dāng)使用金屬時，它與燃料電池的陶瓷比有很大的熱膨脹系數(shù)。這將導(dǎo)致陶瓷的破裂。因此，加熱到工作溫度時必須很慢，至少需要6小時，這是不實際的；—平面設(shè)計中密封的問題難以解決，重復(fù)的起動和停止會損壞密封；—對密封和接觸電阻的限制需要夾持力約為100N/cm2。在所需的工作溫度下，這個應(yīng)力帶來的問題是產(chǎn)生蠕變；—為了施加夾持力，需要一個大的框架和額外的部件。
本發(fā)明新穎的構(gòu)思克服了以上問題，燃料電池僅在一端固定，因此可以自由膨脹。并且整個系統(tǒng)集成為一個單件設(shè)備，其主要特征為—空氣的供給不需要鼓風(fēng)機或泵，而是靠自然對流使空氣流動；—達(dá)到和保持所需的工作溫度，是借助于燃燒剩余燃料把熱傳給進(jìn)入的空氣；—目前現(xiàn)有的燃料電池技術(shù)需要燃料中有高濃度的氫和很少量的碳?xì)浠衔铩Ｔ陔姌O表面，這些氣體轉(zhuǎn)化成氫的動力學(xué)不夠高，因此還達(dá)不到預(yù)重整階段所需要的。本發(fā)明的設(shè)計中，重整催化劑放在燃料室中在燃料電池的底部，可重整的燃料混合物被廢氣加熱。
以這種方式，通常被稱作為“裝置平衡”的一大部分集成到燃料電池組中，這就達(dá)到了從整體上降低系統(tǒng)成本的目的。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電設(shè)備，包括反應(yīng)室中多個管狀固體氧化物燃料電池，每個上述電池都有一個向內(nèi)的反應(yīng)表面和一個向外的反應(yīng)表面，電極與每個上述表面連接，上述電池的一端固定在匯流座中；給上述反應(yīng)室供應(yīng)第一氣體的第一氣體進(jìn)入通道，上述第一氣體沿上述燃料電池的外部流動；給上述燃料電池固定端供應(yīng)第二氣體的第二氣體進(jìn)入通道，上述第二氣體沿上述燃料電池的內(nèi)部流動；從上述反應(yīng)室排出廢氣的排出通道，上述排出通道靠近上述燃料電池的端部遠(yuǎn)離上述匯流座，用于把廢氣輸送到廢氣排出口，在那里未反應(yīng)的氣體可互相燃燒；與上述燃料電池的內(nèi)側(cè)和外側(cè)上的上述導(dǎo)體相連的電能匯集裝置；上述第一和第二氣體中之一是可重整燃料氣體，另一種是氧化性氣體，根據(jù)上述燃料電池的反應(yīng)表面的排列，上述每個氣體通道用于輸送可重整氣體和氧化性氣體中的一種；上述可重整氣體的輸送通道含有重整催化劑，上述催化劑布置在與上述廢氣通道和上述反應(yīng)室相關(guān)聯(lián)的熱交換器中，這樣，當(dāng)穩(wěn)態(tài)工作時，氣體在上述催化劑處升高到一定溫度發(fā)生重整；上述氧化性氣體輸送通道位于與上述廢氣通道和上述反應(yīng)室相關(guān)聯(lián)的熱交換器中，這樣，當(dāng)穩(wěn)態(tài)工作時，氣體在上述燃料電池處升高到反應(yīng)溫度使燃料電池工作。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，一多孔壁把上述反應(yīng)室與上述廢氣排出通道隔開，上述管狀電池穿過上述多孔壁中的孔延伸到上述廢氣排出通道，并且上述多孔壁的孔能使部分反應(yīng)后的氣體從上述反應(yīng)室流入到上述廢氣排出通道，以便與從上述管狀燃料電池中流出的部分反應(yīng)后氣體燃燒。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，每個上述管狀燃料電池僅有一端安裝在上述匯流座上。
4.如權(quán)利要求2所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，每個上述管狀燃料電池僅有一端安裝在上述匯流座上，每個上述電池穿過上述多孔壁的一個上述孔，并且上述電池和上述孔的邊緣之間有明顯的間隙，從上述反應(yīng)室流到上述廢氣排出通道的上述部分反應(yīng)后的氣體，經(jīng)過上述孔的邊緣與上述每個燃料電池之間的間隙流過上述孔。
5.如權(quán)利要求1到4中任一項所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，上述第一氣體進(jìn)入通道包括在上述匯流座下面的充氣室，并且上述燃料電池的固定端穿過上述匯流座，上述充氣室把上述氣體分送到上述燃料電池的固定端。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，上述第一氣體是上述氧化性氣體，并且上述電能匯接裝置與上述燃料電池的上述內(nèi)側(cè)和外側(cè)的上述電極在其設(shè)置在上述充氣室內(nèi)的端部連接。
7.如權(quán)利要求5所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，第一氣體進(jìn)入通道包括導(dǎo)熱的氣體導(dǎo)管，上述導(dǎo)管穿過上述匯流座延伸進(jìn)入上述充氣室，上述導(dǎo)管的一段第一長度穿過上述反應(yīng)室，并在穩(wěn)態(tài)工作的條件下從上述反應(yīng)室的氣體中吸收熱量。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，上述導(dǎo)熱的氣體導(dǎo)管有一段第二長度至少穿過上述廢氣排出通道的一部分。
9.如權(quán)利要求1到8中任一項所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，上述第二氣體進(jìn)入通道包括環(huán)繞上述反應(yīng)室的環(huán)形腔室、氣體進(jìn)入到上述環(huán)形腔室的進(jìn)入裝置和氣體從上述環(huán)形腔室進(jìn)入上述反應(yīng)室的流出裝置，上述流出裝置位于上述環(huán)形腔室上遠(yuǎn)離上述進(jìn)入裝置的一端，并靠近上述匯流座，上述反應(yīng)室和上述環(huán)形腔室之間的隔層是導(dǎo)熱的。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，在上述反應(yīng)室和上述環(huán)形腔室之間的隔層上包括一個或多個混合口，上述混合口在上述反應(yīng)室和上述環(huán)形腔室之間連通，在離開上述氣體流出裝置的上述反應(yīng)室的遠(yuǎn)端，上述混合口有產(chǎn)生吸力的裝置，當(dāng)有氣體從上述環(huán)形腔室緊靠上述混合裝置的區(qū)域流過時在那里產(chǎn)生低壓區(qū)，從而把氣體從上述反應(yīng)室中經(jīng)過上述混合裝置抽吸到上述環(huán)形腔室中。
11.如權(quán)利要求1到10中任一項所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，每個上述燃料電池都在其固定端的固定部位裝一個管狀陶瓷絕緣子，上述絕緣子的熱膨脹系數(shù)與上述燃料電池的相近，并粘結(jié)在上述匯流座的孔內(nèi)，上述匯流座是由熱膨脹系數(shù)與上述管狀陶瓷絕緣子相近的材料制成。
12.如權(quán)利要求11所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，上述燃料電池的材料是氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯電解質(zhì)，上述絕緣子是一種玻璃陶瓷材料，上述匯流座是鐵素體不銹鋼。
13.如權(quán)利要求1到12中任一項所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，在上述燃燒區(qū)內(nèi)有點燃裝置，用于在局部產(chǎn)生足夠的熱量，在存在氧化性氣體時點燃上述燃料氣體。
14.如權(quán)利要求13所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，包括系統(tǒng)控制裝置，用于控制上述點燃裝置和至少控制上述燃料氣體的流動，在起動時，控制上述燃料氣體以比發(fā)電所需的速度高很多的速度流動，點燃上述氣流，并維持上述氣流的非常高的速度，直到在上述多孔支座處的溫度達(dá)到約800℃。
15.一種包括如權(quán)利要求1到14中任一項所述的發(fā)電設(shè)備的空間加熱器，其中上述廢氣用于空間加熱，而上述產(chǎn)生的電能用于其它用途。
16.一種如圖1中所示和結(jié)合圖1所描述的發(fā)電設(shè)備。
17.一種如圖5所示和結(jié)合圖5所描述的發(fā)電設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)電設(shè)備,其中包括位于反應(yīng)器(40)內(nèi)的多個管狀固體氧化物燃料電池(2)。燃料電池(2)的一端固定在匯流座(51)中,另一端自由地穿過多孔壁(47)的孔(63)伸入燃燒室(41)。反應(yīng)氣體從位于匯流座(51)下面的充氣室(42)供給到燃料電池(2)的內(nèi)部以及反應(yīng)室(40),一個環(huán)形的進(jìn)入通道環(huán)繞在燃料電池周圍,其中含有重整催化劑。氣體流入充氣室(42)的進(jìn)入通道和環(huán)形進(jìn)入通道圍成反應(yīng)室,二者都與反應(yīng)室和燃燒室之間存在熱傳導(dǎo),以使氣體加熱到所需的重整和反應(yīng)溫度。
文檔編號H01M8/12GK1276921SQ98809740
公開日2000年12月13日 申請日期1998年10月1日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月1日
發(fā)明者奈杰爾·馬克·薩梅斯 申請人:阿庫門特里斯公司