一種套管式電解水制氧裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于制氧技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種套管式電解水制氧裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]制取高純氧氣的方法主要有三種:(1)深冷法；(2)變壓吸附法；(3)電解水制氧法。其中電解水制氧方法穩(wěn)定性較高，耗能較低，容量適用范圍較廣。目前電解水制氧中多采用質(zhì)子交換膜電解質(zhì)，此種電解質(zhì)工作溫度低(〈100°c )，便攜性較好，但是系統(tǒng)效率和壽命都較低。米用固體氧化物電解質(zhì)的電解水制氧方法，在600°C _1000°C下工作，無(wú)需貴金屬催化劑，能夠降低成本，提高系統(tǒng)的效率和壽命，并且系統(tǒng)體積小、制氧規(guī)模易于放大，可以獲得純度高達(dá)99.995%的高純氧。但是，由于固體氧化物電解質(zhì)電解水制氧系統(tǒng)工作在高溫下，系統(tǒng)較為復(fù)雜，進(jìn)一步降低系統(tǒng)的復(fù)雜度成為目前的研究重點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種套管式電解水制氧裝置，能夠降低系統(tǒng)復(fù)雜度，進(jìn)一步降低系統(tǒng)的體積。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0005]—種套管式電解水制氧裝置，包括制氧反應(yīng)器3，制氧反應(yīng)器3的02入口通過(guò)第一換熱器1和02輸入管道連接，制氧反應(yīng)器3的空氣入口通過(guò)第二換熱器2和空氣管道連接，制氧反應(yīng)器3的Η2/Η20入口通過(guò)保壓閥11和Η2/Η20輸入管道連接，制氧反應(yīng)器3的02出口通過(guò)第一換熱器1和02輸出管道連接，制氧反應(yīng)器3的0 2/隊(duì)出口通過(guò)第二換熱器2和02/^2輸出管道連接，
[0006]所述的制氧反應(yīng)器3包括保溫密封管4、管式固體氧化物燃料電池5、管式固體氧化物電解池6，管式固體氧化物電解池6、管式固體氧化物燃料電池5以及保溫密封管4按照由內(nèi)到外的順序組成三層套管，三層套管的兩端安裝前密封端板7和后密封端板8，采用螺桿9和螺母10將前密封端板7和后密封端板8固定連接；在使用過(guò)程中，在管式固體氧化物電解池6的正負(fù)極間輸入1.2V-2.0V的電壓，在正極側(cè)發(fā)生正極反應(yīng)消耗比0、產(chǎn)生H2，在負(fù)極側(cè)發(fā)生負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)生02 ;同時(shí)，在管式固體氧化物燃料電池5兩側(cè)輸出0.6V-0.9V的電壓，在陽(yáng)極側(cè)發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng)消耗比、產(chǎn)生H20，在陰極側(cè)發(fā)生陰極反應(yīng)消耗空氣中02，所產(chǎn)生的電能通過(guò)DC/DC變壓器升壓后輸入到管式固體氧化物電解池6中。
[0007]所述管式固體氧化物電解池6由正極、負(fù)極以及第一固體氧化物電解質(zhì)組成，內(nèi)側(cè)為負(fù)極，外側(cè)為正極，正負(fù)極中間是第一固體氧化物電解質(zhì)，工作溫度范圍為600°C -1000°C，工作壓力范圍為0.lMPa-30MPa ;第一固體氧化物電解質(zhì)是氧化釔穩(wěn)定的氧化錯(cuò)(Yttria Stabilized Zirconia，YSZ)、坑穩(wěn)定的氧化錯(cuò)(Scandia StabilizedZirconia, ScSZ)、氧化,L摻雜的氧化鋪(Gadolinia-Doped Ceria，⑶C);正極采用Ni基催化劑，并與第一固體氧化物電解質(zhì)燒結(jié)在一起；負(fù)極采用鍶摻雜的錳酸鑭(LSM)，并與第一固體氧化物電解質(zhì)燒結(jié)在一起。
[0008]所述管式固體氧化物燃料電池5包括陽(yáng)極、陰極以及第二固體氧化物電解質(zhì)，內(nèi)側(cè)為陽(yáng)極，外側(cè)為陰極，陰、陽(yáng)極中間是第二固體氧化物電解質(zhì)，工作溫度范圍為600°C -1000°C，工作壓力范圍為0.lMPa-30MPa ;陽(yáng)極采用Ni基催化劑，并與第二固體氧化物電解質(zhì)燒結(jié)在一起；陰極采用鍶摻雜的錳酸鑭(LSM)，并與第二固體氧化物電解質(zhì)燒結(jié)在一起。
[0009]所述保溫密封管4由內(nèi)密封管、保溫層以及外密封管組成，內(nèi)、外密封管均采用A1203管，中間填充保溫材料構(gòu)成保溫層。
[0010]所述前密封端板7采用陶瓷材料制成，有02進(jìn)氣口、空氣進(jìn)氣口、Η 2/Η20混合氣注氣孔、螺桿孔，在前密封端板7 —側(cè)的Η2/Η20混合氣注氣孔裝有保壓閥，在另一側(cè)有用于固定管式固體氧化物電解池6、管式固體氧化物燃料電池5、以及保溫密封管4的槽。
[0011 ] 所述后密封端板8采用陶瓷材料制成，有02出氣口、0 2/Ν2出氣口、螺桿9孔以及陰陽(yáng)極導(dǎo)電和正負(fù)極導(dǎo)線，在后密封端板8與管式固體氧化物電解池6、管式固體氧化物燃料電池5、以及保溫密封管4相連接的一側(cè)有固定槽。
[0012]所述的制氧反應(yīng)器3開(kāi)有兩個(gè)空氣進(jìn)氣口。
[0013]本發(fā)明與已有的技術(shù)相比，采用管式固體氧化物燃料電池5和管式固體氧化物電解池6組成套管式制氧反應(yīng)器，降低系統(tǒng)復(fù)雜度，在便攜式制氧以及移動(dòng)式制氧領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為圖1的Α-Α剖視圖。
[0016]圖3是本發(fā)明管式固體氧化物電解池結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4是本發(fā)明管式固體氧化物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0019]參照?qǐng)D1，一種套管式電解水制氧裝置，包括制氧反應(yīng)器3，制氧反應(yīng)器3的02入口通過(guò)第一換熱器1和02輸入管道連接，制氧反應(yīng)器3的空氣入口通過(guò)第二換熱器2和空氣管道連接，制氧反應(yīng)器3的Η2/Η20入口通過(guò)保壓閥11和Η2/Η20輸入管道連接，制氧反應(yīng)器3的02出口通過(guò)第一換熱器1和0 2輸出管道連接，制氧反應(yīng)器3的0 2/隊(duì)出口通過(guò)第二換熱器2和02/Ν2輸出管道連接，第一換熱器1用來(lái)對(duì)制氧反應(yīng)器3的進(jìn)出口 02進(jìn)行換熱，回收出口 02的熱量；第二換熱器2用來(lái)對(duì)制氧反應(yīng)器3的進(jìn)口空氣與出口 0 2/隊(duì)混合氣進(jìn)行換熱，回收出口 02/隊(duì)混合氣的熱量。
[0020]參照?qǐng)D2，所述的制氧反應(yīng)器3包括保溫密封管4、管式固體氧化物燃料電池5、管式固體氧化物電解池6，管式固體氧化物電解池6、管式固體氧化物燃料電池5以及保溫密封管4按照由內(nèi)到外的順序組成三層套管，三層套管的兩端安裝前密封端板7和后密封端板8，采用螺桿9和螺母10將前密封端板7和后密封端板8固定連接；在使用過(guò)程中，在管式固體氧化物電解池6的正負(fù)極間輸入1.2V-2.0V的電壓，在正極側(cè)發(fā)生正極反應(yīng)消耗Η20、產(chǎn)生Η2，在負(fù)極側(cè)發(fā)生負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)生02 ;于此同時(shí)，在管式固體氧化物燃料電池5兩側(cè)輸出0.6V-0.9V的電壓，在陽(yáng)極側(cè)發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng)消耗比、產(chǎn)生H20，在陰極側(cè)發(fā)生陰極反應(yīng)消耗空氣中02，所產(chǎn)生的電能通過(guò)DC/DC變壓器升壓后輸入到管式固體氧化物電解池6中。
[0021]參照?qǐng)D3，所述管式固體氧化物電解池6由正極、負(fù)極以及第一固體氧化物電解質(zhì)組成，內(nèi)側(cè)為負(fù)極，外側(cè)為正極，正負(fù)極中間是第一固體氧化物電解質(zhì)，工作溫度范圍為600°C -1000°C，工作壓力范圍為0.lMPa-30MPa ;第一固體氧化物電解質(zhì)是氧化釔穩(wěn)定的氧化錯(cuò)(Yttria Stabilized Zirconia, YSZ)、坑穩(wěn)定的氧化錯(cuò)(Scandia StabilizedZirconia, ScSZ)、氧化,L摻雜的氧化鋪(Gadolinia-Doped Ceria,⑶C);正極采用Ni基催化劑，并與第一固體氧化物電解質(zhì)燒結(jié)在一起，正極反應(yīng)為H20+2e — Η 2+02，其中02通過(guò)固體氧化物電解質(zhì)輸運(yùn)至負(fù)極，電子通過(guò)外電路從負(fù)極輸運(yùn)至正極；負(fù)極采用鍶摻雜的錳酸鑭(LSM)，并與第一固體氧化物電解質(zhì)燒結(jié)在一起，負(fù)極反應(yīng)為