一种SOFC系统调试用模拟电堆的制作方法

本实用新型涉及固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种sofc系统调试用模拟电堆。

背景技术：

sofc(solidoxidefuelcell，即固体氧化物燃料电池)系统由于是高温运行系统，所有部件在组装完成后，需要进行整体系统的运行和控制策略的调试，整个过程需要验证各种极端工况，需要频繁启停或拆卸安装；而sofc真堆(真实电堆)大部分为陶瓷材质，热循环次数有限，成本也高，如果直接使用真堆去模拟，就难免造成真堆损坏。

针对此，目前常用的方案是采用管子短接系统的进出气口，这种方案虽然简单，但是却不能完全模拟真堆工况，如安装空间是否适用、电堆支架是否能够有效支撑等。

因此，如何提供一种方案，以更好地模拟真堆工况，仍是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种sofc系统调试用模拟电堆，该模拟电堆更为接近真堆，可更好地模拟真堆工况。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种sofc系统调试用模拟电堆，包括：壳体，所述壳体的形状、尺寸与真堆的壳体一致；燃气管，安装于所述壳体，并形成燃气进口、燃气出口；助燃气管，安装于所述壳体，并形成助燃气进口、助燃气出口；配重，安装于所述壳体内，使得所述模拟电堆的重量与所述真堆一致。

本实用新型所提供模拟电堆，其内设有燃气管和助燃气管，用于模拟和燃烧器、预热器等外围部件的连接；壳体的形状和尺寸与真堆的壳体一致，可以验证安装空间是否够用、安装工艺是否可行；同时，由于壳体内还安装有配重，通过更换不同的配重可以改变模拟电堆的重量，以使得该模拟电堆与真堆可以达到一致的重量，进而可以验证电堆支架是否能够可靠支撑以及sofc系统的质量平衡。

相比于现有技术中管子短接的方案，本实用新型所提供模拟电堆更为接近真堆，可更好地模拟真堆工况，能够对更多的参数进行验证，以更为全面地对sofc系统进行调试。

可选地，所述壳体包括顶板、底板和周板，所述燃气进口、所述燃气出口、所述助燃气进口和所述助燃气出口设置于所述顶板和/或所述底板；所述燃气管的两个端部分别安装于所述燃气进口、所述燃气出口，所述助燃气管的两个端部分别安装于所述助燃气进口、所述助燃气出口。

可选地，所述燃气管、所述助燃气管均包括至少一段波纹管。

可选地，所述燃气进口、所述燃气出口中的至少一者设有缩口环，所述助燃气进口、所述助燃气出口中的至少一者设有缩口环。

可选地，所述底板的材质和所述真堆中燃气管、助燃气管的固定板一致。

可选地，所述顶板安装有集流端子，所述集流端子与所述顶板电绝缘。

可选地，所述顶板设有过孔，且所述过孔的上下两端部均设有沿径向向外延伸的安装槽，所述安装槽内设有绝缘垫片；所述集流端子包括端子部和螺纹杆部，所述螺纹杆部能够穿过上侧所述绝缘垫片、所述过孔、下侧所述绝缘垫片，并通过螺母固定，所述端子部与上侧所述绝缘垫片抵紧，所述螺母与下侧所述绝缘垫片抵紧，所述螺纹杆部与所述过孔间隙配合。

可选地，所述绝缘垫片为云母垫片，所述顶板还设有吊装孔和电堆固定孔。

可选地，所述周板为分体式结构。

可选地，所述配重可拆卸地安装于所述顶板和/或所述底板。

附图说明

图1为本实用新型所提供sofc系统调试用模拟电堆的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为燃气管或助燃气管与底板的连接结构图；

图3为集流端子与顶板的连接结构图；

图4为配重与底板的连接结构图；

图5为模拟电堆与燃烧器、预热器的连接结构图。

图1-5中的附图标记说明如下：

1壳体、11顶板、111过孔、12底板、121燃气进口、122燃气出口、123助燃气进口、124助燃气出口、125缩口环、13周板；

2燃气管、21波纹管；

3助燃气管；

4配重、41连接件；

5集流端子、51端子部、52螺纹杆部；

6绝缘垫片；

7螺母；

8燃烧器；

9预热器。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1-4，图1为本实用新型所提供sofc系统调试用模拟电堆的一种具体实施方式的结构示意图，图2为燃气管或助燃气管与底板的连接结构图，图3为集流端子与顶板的连接结构图，图4为配重与底板的连接结构图，图5为模拟电堆与燃烧器、预热器的连接结构图。

如图1所示，本实用新型提供一种sofc系统调试用模拟电堆，包括：壳体1，壳体1的形状、尺寸与真堆(即真实电堆)的壳体一致；燃气管2，安装于壳体1，并形成燃气进口121、燃气出口122；助燃气管3，安装于壳体1，并形成助燃气进口123、助燃气出口124；配重4，安装于壳体1内，使得模拟电堆的重量与真堆一致。

本实用新型所提供模拟电堆，其内设有燃气管2和助燃气管3，用于模拟和燃烧器8、预热器9等外围部件的连接；壳体1的形状和尺寸与真堆的壳体一致，可以验证安装空间是否够用、安装工艺是否可行；同时，由于壳体1内还安装有配重4，通过更换不同的配重4可以改变模拟电堆的重量，以使得该模拟电堆与真堆可以达到一致的重量，进而可以验证电堆支架是否能够可靠支撑以及sofc系统的质量平衡。

相比于现有技术中管子短接的方案，本实用新型所提供模拟电堆更为接近真堆，可更好地模拟真堆工况，能够对更多的参数进行验证，以更为全面地对sofc系统进行调试。

上述的“一致”是指基本一致，并非要求二者完全一致，只要能够基本模拟真堆的安装空间是否够用、电堆支架是否能够支撑即可。

另外，上述燃气管2所通入的燃气可以为氢气(h2)、甲烷(ch4)、城市煤气等可燃气体，助燃气管3所通入的助燃气可以为氧气或者空气等。结合图5，对于sofc系统，燃气、助燃气经过预热器9加热升温后可以通入电堆中进行反应发电，未反应完全的燃气、助燃气可以通入燃烧器8中进行燃烧，燃烧所获得的热量可通入预热器9加热燃气、助燃气，以形成气路的循环；而相比于真堆，本实用新型所提供模拟电堆并不需要真正用于发电，燃气管2、助燃气管3的设置主要用于对燃气、助燃气进行导流，同时，还可以用于验证热膨胀性等(具体参见下文)。

在一种具体的方案中，壳体1可以包括顶板11、底板12和周板13，前述燃气进口121、燃气出口122、助燃气进口123和助燃气出口124可以设置于顶板11和/或底板12，燃气管2的两个端部可以分别安装于燃气进口121、燃气出口122，助燃气管3的两个端部可以分别安装于助燃气进口123、助燃气出口124。

可以理解，如果气体的进口和出口均设置在同一个板体上，则相应气管可以设置为u形管，而如果气体的进口和出口分别设置在顶板11、底板12上，则相应气管可以设置为直管；在附图实施例中，燃气进口121、燃气出口122、助燃气进口123和助燃气出口124均设置在底板12，故而，燃气管2、助燃气管3均可以采用u形管。

以燃气进口121与燃气管2的连接结构为例，如图2所示，燃气进口121的上端部可以设有沿径向向外延伸的第一插槽，燃气管2的端部可以插接于该第一插槽，然后可以通过焊接等方式对燃气管2进行固定；这种先插接定位、再焊接固定的方案可简化焊接操作，更利于保证焊接的可靠性。燃气出口122、助燃气进口123以及助燃气出口124与相应气管端部的连接结构与上述类似，在此不做重复性描述。

请继续参考图1，燃气管2、助燃气管3均可以包括至少一段波纹管21，该波纹管21可以较好地缓解高温热膨胀所带来的管路变形，以延长燃气管2、助燃气管3的使用寿命。这里，本实用新型实施例并不限定每一气管中所设置波纹管21的数量，其可以为一段，也可以为多段，具体可以根据实际需要进行选择。

燃气进口121、燃气出口122中的至少一者以及助燃气进口123、助燃气出口124中的至少一者均可以设有缩口环125，通过更换具有不同内径的缩口环125，可以调整燃气管路、助燃气管路的气体流动阻力，以实现调节模拟电堆压损的目的，使得模拟电堆的压损可以与真堆相一致，进而可更好地模拟真堆工况。

上述缩口环125可以直接采用压装的方案，仍以燃气进口121内的缩口环125为例，结合图2，燃气进口121的下端部也可以设有沿径向向外延伸的第二插槽，缩口环125的外径可以略大于第二插槽的内径。在装配状态下，缩口环125可以压装于第二插槽内，并与第二插槽的槽底相抵，以完成缩口环125的安装固定；而当需要更换时，直接将缩口环125自燃气进口121内取出，然后安装新的缩口环125即可。

进一步地，底板12的材质可以和真堆中燃气管、助燃气管的固定板一致，如此，可以确保底板12与真堆中的固定板在升温过程中产生一样的热膨胀，以便验证燃气管2、助燃气管3与底板12的连接方式是否可靠。

在上述的各方案中，是以燃气管2、助燃气管3的两端均固定在底板12为例，来阐述燃气管2、助燃气管3的结构及安装固定方式等，事实上，燃气管2、助燃气管3的两端也可以分别安装在不同的板体上，只要保证与所要调试的sofc系统中真堆的燃气管2、助燃气管3的安装位置相同即可。

换而言之，燃气管2、助燃气管3在本实用新型所提供模拟电堆中的安装位置、安装方式实际上需要和真堆中的情况相一致，针对不同形式的真堆，本实用新型所提供模拟电堆中燃气管2、助燃气管3的结构以及安装位置等均可以进行相适应的调整。

另外，前述燃气进口121、燃气出口122、助燃气进口123、助燃气出口124也可以由燃气管2、助燃气管3的端部形成，此时，缩口环125可以直接安装在相应气管的端部内。

顶板11可以安装有集流端子5，集流端子5一般包括两个，在真堆中，这两个集流端子5可以分别与正极和负极相连，用于导出真堆电流，而在本实用新型所提供模拟电堆中，该集流端子5的设置主要是为了测试电堆外部的电路连接；集流端子5与顶板11要进行电绝缘，以方便测试电气连接是否正常、可靠。

具体而言，如图3所示，顶板11可以设有过孔111，且过孔111的上下两端部均可以设有沿径向向外延伸的安装槽，该安装槽内可以设有绝缘垫片6；集流端子5可以包括端子部51和螺纹杆部52，端子部51可用于和外部电路相连，螺纹杆部52可位于端子部51的下方。

在装配状态下，螺纹杆部52能够穿过上侧绝缘垫片6、过孔111、下侧绝缘垫片6，并通过螺母7固定，端子部51可以与上侧绝缘垫片6抵紧，螺母7可以与下侧绝缘垫片6抵紧；此时，螺纹杆部52可以与过孔111间隙配合，即螺纹杆部52外壁与过孔11内壁之间可以具有间隙，以保证集流端子5与顶板11的电绝缘。

上述绝缘垫片6具体可以为云母垫片、橡胶垫片等，顶板11还可以设有吊装孔和电堆固定孔，以便于本实用新型所提供模拟电堆的吊运及安装固定。

周板13可以为一体式结构，也可以为分体式结构，在本实用新型实施例中，优选采用分体式结构，以方便加工。详细而言，该周板13可以包括若干个分板，各分板的结构与分板的数量有关；在图1实施例中，分板可以为两个，此时，两分板均可以为u形板，当然，也可以一个为u形板、一个为平板；或者，分板还可以为四个，此时，各分板均可以为平板；在具体安装时，各分板可以通过焊接或者可拆卸连接的方式与顶板11、底板12相固定。

配重4具体可以为块状，其可以通过可拆卸连接的方式安装于顶板11和/或底板12，以方便配重4的更换。具体地，如图4所示，可以设置螺钉等形式的连接件41，以通过该连接件41对于配重4进行固定。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。