用于高溫氧化物電解池的測試裝置的制作方法

本實用新型涉及高溫氧化物電解池領域，具體涉及一種用于高溫氧化物電解池的測試裝置。

背景技術：

目前工業上能夠實現大規模制氫的主要是甲烷蒸汽重整(SMR)和水電解制氫兩種方法。前者消耗大量化石燃料，同時排放大量CO2；后者相對昂貴、低效而且發電過程中大部分也都可能排放CO2。因此現有制氫技術都無法滿足未來氫能經濟對大規模、可持續、清潔、高效制氫技術的需求。而高溫蒸汽電解制氫技術采用高溫固體氧化物電解池并結合高效熱源制氫，理論制氫效率可以高達50％以上，是滿足未來氫能經濟最理想的大規模制氫技術之一。高溫蒸汽電解制氫電極測試裝置是用于研究電解池各部分構成材料、電解池制備工藝、電解池性能以及高溫電解制氫工藝與優化等方面必不可少的分析測試設備。但是高溫蒸汽電解制氫處于高溫(700～1000℃)、高濕的工作環境，金屬材料無法實現在該高溫環境下穩定工作，即使采用耐高溫特種鋼材料，也難以滿足在這種高溫和高濕條件下長期穩定運行的要求。

2017年5月28日，由清華大學申請的發明專利：高溫蒸汽電解制氫電極測試裝置，專利號為CN200710099671.8公開了一種能夠解決材料腐蝕問題以及測試系統密封性問題的測試裝置，采用內部陶瓷材料與外部金屬材料相結合的方式，氫電極氣室內的進氣與出氣陶瓷管分別嵌入氫電極氣室外的進氣與出氣金屬管內，氫電極氣室底端采用法蘭密封。然而該測試裝置由多個部件構成，其安裝過程復雜繁瑣，安裝過程中容易出現操作失誤影響整個裝置的氣密性，且進氣和出氣陶瓷管通過嵌入方式與進氣和出氣金屬管連接，并通過密封材料密封，由于進氣和出氣陶瓷管溫度較高，因而對密封材料的耐高溫性要求高，一般的橡膠類彈性密封材料難以承受高溫，并且金屬管在長期高溫和常溫環境的交替過程中，其與法蘭盤間的連接容易出現裂痕和松動，在長期使用過程中，氣密性難以得到保證，容易導致氫氣泄露，影響測試結果，甚至還會引發安全事故。另一方面，由于氫電極引線和氧電極引線需要利用鉑漿或銀漿焊接在三合一電極上，操作困難，成功率低，進一步增加了安裝難度，若測試中途電極引線脫落，則嚴重影響測試結果的準確性。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本實用新型公開一種用于高溫氧化物電解池的測試裝置，該測試裝置安裝簡便、氣密性高，能夠有效提高高溫氧化物電解池測試的安全性和準確性。

本實用新型通過下述技術方案實現：

用于高溫氧化物電解池的測試裝置，包括氫電極氣室，在氫電極氣室頂端設有陶瓷環，陶瓷環內嵌入一個三合一電極，三合一電極與氫電極氣室頂端間設有玻璃密封環，氫電極氣室底端設有法蘭盤，所述氫電極氣室與法蘭盤為一體式，法蘭盤設有進氣管和出氣管，所述進氣管和出氣管與法蘭盤為一體式且材質均為碳化硅陶瓷，進氣管和出氣管在法蘭盤下側處分別連接一根金屬進氣管和金屬出氣管，在進氣管和出氣管下端的管壁上設有數個散熱片，所述金屬進氣管和金屬出氣管頂部設有直徑略大于進氣管和出氣管的凹槽，凹槽內壁固定有彈性密封圈，進氣管和出氣管與金屬進氣管和金屬出氣管間通過凹槽連接，所述法蘭盤中央穿設一根氫電極引線管，氫電極引線管中部設有一根氫電極引線，氫電極引線頂部與三合一電極上的氫電極接觸，三合一電極上端的氧電極與一根氧電極引線相接。

本實用新型通過將氫電極氣室、法蘭盤、進氣管和出氣管設置為一體式結構，在便于快速安裝的同時保證氫電極氣室、法蘭盤、進氣管和出氣管間相互連接的可靠性和氣密性，有效降低氫電極氣室內氣體泄漏的可能，進氣管和出氣管均為碳化硅陶瓷材質，其具有良好導熱性能，通過在進氣管和出氣管下端設置數個散熱片，有效將進氣管和出氣管下端的熱量散發出去，因而有效降低進氣管、出氣管和金屬進氣管與金屬出氣管相接處的溫度，使金屬進氣管與金屬出氣管凹槽內的彈性密封圈不被高溫損壞，避免金屬材質的金屬進氣管與金屬出氣管因高溫產生形變或腐蝕，增加了進氣管、出氣管與金屬進氣管和金屬出氣管連接的可靠性和氣密性，使整個裝置具有更好的密封性和安全性，有效提高固體氧化物電解池測試的準確性。

所述陶瓷環頂面設有與陶瓷環同心的環形凹槽，所述環形凹槽通過螺紋與一個陶瓷卡套相連，陶瓷卡套為圓形，中央設有與氧電極引線匹配的圓孔，其外緣垂直設有定位環，所述定位環設有螺紋并與環形凹槽匹配，所述氧電極引線與三合一電極通過設于氧電極引線底部的矩形觸頭一相接，矩形觸頭一設于陶瓷卡套圓孔下方且大于圓孔直徑。

本實用新型利用陶瓷卡套將氧電極引線限定在圓孔內，將陶瓷卡套在陶瓷環的環形凹槽內旋轉，調節陶瓷卡套的高度，利用陶瓷卡套將矩形觸頭壓緊在三合一電極上，避免其松動。

所述氫電極引線管底部設有密封塞，所述密封塞中部設有氫電極引線安裝孔，氫電極引線設于氫電極引線安裝孔內，所述氫電極引線頂部設有矩形觸頭二，氫電極引線通過矩形觸頭二與三合一電極相接。

本實用新型通過調節密封塞在氫電極引線管內的高度，使矩形觸頭二與三合一電極相接處。

進一步，所述彈性密封圈材質為耐熱橡膠。所述氫電極氣室外壁設有固定裝置，氫電極氣室通過固定裝置設置在爐體中心。橡膠材質具有良好的氣密性，能夠有效提高本實用新型的密封性和可靠性。

本實用新型與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：

本實用新型用于高溫氧化物電解池的測試裝置，通過將氫電極氣室、法蘭盤、進氣管和出氣管設置為一體式結構，在便于快速安裝的同時保證氫電極氣室、法蘭盤、進氣管和出氣管間相互連接的可靠性和氣密性，有效降低氫電極氣室內氣體泄漏的可能，進氣管和出氣管均為碳化硅陶瓷材質，其具有良好導熱性能，通過在進氣管和出氣管下端設置數個散熱片，有效將進氣管和出氣管下端的熱量散發出去，因而有效降低進氣管、出氣管和金屬進氣管與金屬出氣管相接處的溫度，使金屬進氣管與金屬出氣管凹槽內的彈性密封圈不被高溫損壞，避免金屬材質的金屬進氣管與金屬出氣管因高溫產生形變或腐蝕，增加了進氣管、出氣管與金屬進氣管和金屬出氣管連接的可靠性和氣密性，使整個裝置具有更好的密封性和安全性，有效提高固體氧化物電解池測試的準確性。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本實用新型實施例的限定。在附圖中：

圖1為本實用新型結構示意圖；

圖2為本實用新型圖1中B處放大圖；

圖3為本實用新型圖1中A處放大圖；

附圖中標記及對應的零部件名稱：

1-氫電極氣室，2-陶瓷環，21-環形凹槽，3-三合一電極，4-玻璃密封環，5-法蘭盤，51-進氣管，52-出氣管，53-散熱片，54-氫電極引線管，55-密封塞，6-金屬進氣管，7-金屬出氣管，8-凹槽，81-彈性密封圈，9-氫電極引線，91-矩形觸頭二，10-氧電極引線，101-矩形觸頭一，11-陶瓷卡套，111-圓孔，112-定位環，12-固定裝置，13-爐體。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本實用新型作進一步的詳細說明，本實用新型的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本實用新型，并不作為對本實用新型的限定。

實施例

如圖1-3所示，本實用新型一種用于高溫氧化物電解池的測試裝置，包括氫電極氣室1，在氫電極氣室1頂端設有陶瓷環2，陶瓷環2內嵌入一個三合一電極3，三合一電極3與氫電極氣室1頂端間設有玻璃密封環4，氫電極氣室1底端設有法蘭盤5，所述氫電極氣室1與法蘭盤5為一體式，法蘭盤5設有進氣管51和出氣管52，所述進氣管51和出氣管52與法蘭盤5為一體式且材質均為碳化硅陶瓷，進氣管51和出氣管52在法蘭盤5下側處分別連接一根金屬進氣管6和金屬出氣管7，在進氣管51和出氣管52下端的管壁上設有數個散熱片53，所述金屬進氣管6和金屬出氣管7頂部設有直徑略大于進氣管51和出氣管52的凹槽8，凹槽8內壁固定有彈性密封圈81，進氣管51和出氣管52與金屬進氣管6和金屬出氣管7間通過凹槽8連接，所述法蘭盤5中央穿設一根氫電極引線管54，氫電極引線管54中部設有一根氫電極引線9，氫電極引線9頂部與三合一電極3上的氫電極接觸，三合一電極3上端的氧電極與一根氧電極引線10相接。

所述陶瓷環2頂面設有與陶瓷環2同心的環形凹槽21，所述環形凹槽21通過螺紋與一個陶瓷卡套11相連，陶瓷卡套11為圓形，陶瓷卡套11中央設有與氧電極引線10匹配的圓孔111，其外緣垂直設有定位環112，所述定位環112設有螺紋并與環形凹槽21匹配，所述氧電極引線10與三合一電極3通過設于氧電極引線10底部的矩形觸頭一101相接，矩形觸頭一101設于陶瓷卡套11圓孔111下方且大于圓孔111直徑。

所述氫電極引線管54底部設有密封塞55，所述密封塞55中部設有氫電極引線安裝孔，氫電極引線9設于氫電極引線安裝孔內，所述氫電極引線9頂部設有矩形觸頭二91，氫電極引線9通過矩形觸頭二91與三合一電極3相接。進一步，所述彈性密封圈81材質為耐熱橡膠。所述氫電極氣室1外壁設有固定裝置12，氫電極氣室1通過固定裝置12設置在爐體13中心。

以上所述的具體實施方式，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施方式而已，并不用于限定本實用新型的保護范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。