氫氣加熱裝置的制作方法

專利名稱：氫氣加熱裝置的制作方法
技術領域：
氫氣加熱裝置技術領域[0001]本實用新型屬于氣體加熱技術領域，尤其涉及一種應用于固體氧化物燃料電池系統的氫氣加熱裝置。
背景技術：
[0002]固體氧化物燃料電池是一種新型發電器，是一種將反應物的化學能直接轉化為電能的化學器，在固體氧化物燃料電池的陽極一側持續的通入燃料氣，如氫氣、甲烷，天然氣等，具有催化作用的陽極表面吸附燃料氣，并通過陽極的多孔結構擴散到陽極與電解質的界面。在陰極一側持續通入氧氣或空氣，具有多孔結構的陰極表面吸附氧，由于陰極本身的催化作用，使得氧氣(O2)得到電子變為氧離子(02_)，在化學勢的作用下，氧離子(02_)進入起電解質作用的固體氧離子導體，由于濃度梯度引起擴散，最終達到固體電解質與陽極的界面，與燃料氣體發生反應，失去的電子通過外電路回到陰極，產生大量電能。[0003]固體氧化物燃料電池通常工作溫度較高，一般需要700°C以上，現有的固體氧化物燃料電池，是先將燃料氣及空氣或氧氣分別通入核心電池堆的陽極和陰極，再利用馬弗爐等高溫電爐進行加熱以發生化學反應。這種冷氣體進入核心電池堆再利用爐體加熱到一定溫度以發生化學反應的方式，由于爐體溫度較高，冷空氣進入會導致電池片表面溫度瞬間變化，電池片可能損壞，電池堆性能下降，同時還會導致電池堆內部溫場不均勻，局部溫度過高，破壞電池堆的正常運行。[0004]為此提出了一種新的固體氧化物燃料電池堆系統，將氣體加熱器與核心電池堆連接，核心電池堆逐步升溫，同時氣體加熱器加熱氣體，核心電堆升溫到700°C以上后，氣體加熱器將高溫氣體持續通入核心電堆，核心電堆在高溫環境下穩定運行，這樣解決了上述難題，并且加熱過程均衡，能源利用率更高。[0005]然而，由于氫氣自身的特性，空氣中所含氫氣的體積占混合氣體體積的49Γ74. 2% 時，高溫下會點燃爆炸，將氫氣加熱到高溫的過程危險性很高，所以目前尚無能夠將氫氣加熱到700°C以上高溫的裝置。實用新型內容[0006]為了解決如何將氫氣安全的加熱到高溫的問題，本實用新型提出了一種氫氣加熱裝置，其包括氫氣供給裝置、保護氣體供給裝置、止回閥、氫氣加熱器、控制柜、安全檢測裝置、開關裝置。[0007]所述控制柜包括控制單元、第一調節閥、第二調節閥、氣體匯流排。[0008]所述安全檢測裝置包括壓力傳感器、溫度傳感器、氣體傳感器，分別接至控制單元的輸入端，控制單元的輸出端分別接至第一調節閥、第二調節閥及開關裝置。[0009]氫氣經第一調節閥后以及保護氣體從保護氣體供給裝置的第一出口經第二調節閥后分別進入氣體匯流排，進行匯流后的氣體經止 回閥后通入氫氣加熱器；保護氣體從保護氣體供給裝置的第二出口經開關裝置通入氫氣加熱器。[0010]其中保護氣體是指化學性質穩定，在常溫和高溫下都不和氫氣發生化學反應的氣體，如氮氣或惰性氣體。[0011]工作時，第一調節閥和第二調節閥在控制單元的控制下自動調節氫氣和保護氣體的流量在加熱器開始加熱前，第一調節閥將氫氣的流量調節為零，第二調節閥將保護氣體的流量調節到最大，此時只有保護氣體通入氣體匯流排再經由止回閥進入氫氣加熱器，目的是為了排除氫氣加熱器內的空氣，保證氫氣加熱器內沒有空氣殘留，防止后續加熱時氫氣中混雜有空氣而發生危險；隨后第二調節閥調節保護氣體的流量逐漸減小，第一調節閥調節氫氣的流量逐漸加大，直到保護氣體的流量為零，氫氣的流量達到預定流量，此時只有氫氣通入氣體匯流排再經由止回閥進入氫氣加熱器，氫氣加熱器開始加熱。氫氣加熱裝置正常工作時，開啟裝置保持關閉狀態，保護氣體無法從保護氣體供給裝置的第二出口輸出。[0012]由于氫氣密度小，加熱氫氣的過程中易發生回火，熱氫氣倒流回輸送管道或氫氣供給裝置會有爆炸的危險，所以在氫氣加熱器前設置止回閥，能夠保證氫氣加熱器中的氫氣不會回流。[0013]安全檢測裝置中的壓力傳感器、溫度傳感器、氣體傳感器實時檢測氫氣加熱裝置的運行情況，將氣體壓力信號、溫度信號、氣體信號發送給控制單元；當控制單元檢測這些信號發現氣體壓力高于設定壓力、氣體泄漏、控制柜溫度過高等異常情況，立刻關閉第一調節閥和第二調節閥，同時開啟開關裝置，保護氣體從保護氣體供給裝置的第二出口直接通入氫氣加熱器，從而防止氫氣和外界空氣進入氫氣加熱器。[0014]進一步的，還設有斷電保護控制裝置，與開關裝置連接，當控制柜發生突然斷電時，斷電保護控制裝置會自動開啟開關裝置，將保護氣體從保護氣體供給裝置的第二個出口直接通入氫氣加熱器，從而防止氫氣和外界空氣進入氫氣加熱器。[0015]進一步的，所述氫氣供給裝置和第一調節閥之間增加設置有止回閥，防止氫氣回流進入氫氣供給裝置，進一步提高了安全性，達到了雙重保險的功效。[0016]由于需要將高溫氣體不斷通入核心電池堆中，加熱需要在一個敞開環境下實現， 為此本實用新型的氫氣加熱器，優選采用了一種可以直接進行加熱的管道，其技術方案為 在管道上纏繞可以加熱到高溫的電阻絲進行加熱，其由內向外依次包括管道，耐高溫絕緣保護層、電阻絲、保溫層。[0017]所述管道上，緊密包覆有耐高溫絕緣保護層，所述耐高溫絕緣保護層的外面纏繞有電阻絲，所述電阻絲的外面緊密包覆有保溫層，對電阻絲進行通電即可對管道內的氣體進行加熱。[0018]所述管道為耐受溫度可達900°C以上的耐高溫管道，所述管道可以采用不銹鋼材質，其化學性質穩定，不易與氣體發生反應，且經久耐用。例如采用不銹鋼管310S，耐受溫度為1200°C，或者采用不銹鋼管316L，耐受溫度為1000°C[0019]所述耐高溫絕緣保護層由內向外依次包括絕緣云母層和石英布層。所述絕緣云母層的擊穿溫度為1000°c，所述石英布的熔點為`1710°C，可耐高溫在1200°C，由此構成的耐高溫絕緣保護層的耐熱和絕緣效果都很好。[0020]所述保溫層由內向外依次包括有保溫棉套和玻璃纖維布，這種采用玻璃纖維布將保溫棉套進行包裹來雙層保溫的方式，使保溫棉套很好的與管道貼合，保溫效果更好。優選的，所述保溫棉套采用硅酸鋁鐵耐火棉，其耐受溫度可達1050°C。[0021]優選的，所述電阻絲選擇可以加熱到1300°C以上的電阻絲。[0022]本實用新型的氫氣加熱器，在管道上緊密包覆有耐高溫絕緣保護層，耐高溫絕緣保護層的外面纏繞有電阻絲，電阻絲的外面緊密包覆有保溫層，所述耐高溫絕緣保護層由內向外依次包括絕緣云母層和石英布層，所述保溫層由內向外依次包括有保溫棉套和玻璃纖維布，對電阻絲進行通電即可對管道內的氣體進行加熱，由于是直接對管道進行加熱，傳熱率很高，并且保溫層的材料能夠很有效的防止熱量流失，能源利用率高，實現了在敞開環境下對大量氣體的加熱到700°C以上。[0023]本實用新型氫氣加熱裝置通過保護氣體供給裝置和控制柜，在加熱前將大量保護氣體通入氫氣加熱器，確保氫氣加熱器中沒有空氣殘留；通過在氫氣加熱前設置止回閥，保證氣體單向流動，氫氣不會從氫氣加熱器內回流。并且通過安全檢測裝置監測氫氣加熱裝置的運行情況，在發生異常情況時，立刻關閉調節閥，并且打開開關裝置，將保護氣體從另一條管道直接通入氫氣加熱器，防止氫氣和外界空氣進入氫氣加熱器。通過斷電保護控制裝置，在控制柜突然斷電時，自動打開開關裝置，將保護氣體從另一條管道直接通入氫氣加熱器。進一步的，在氫氣供給裝置和調節閥之間還設有止回閥，防止氫氣回流進入氫氣供給裝置，實現了多重保險。綜上所述，本實用新型氫氣加熱裝置通過以上種種安全措施，成功的實現了將大量氫氣非常安全的加熱到700°C以上的高溫。


[0024]圖1為本實用新型氫氣加熱裝置實施例的系統示意圖。[0025]圖2為本實用新型氫氣加熱裝置的氫氣加熱器實施例的結構示意圖。
具體實施方式
[0026]下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。[0027]如圖1所示為本實用新型一種氫氣加熱裝置的實施例，其包括氫氣供給裝置1、 保護氣體供給裝置2、止回閥4、氫氣加熱器5、控制柜3、安全檢測裝置10、開關裝置11。[0028]所述控制柜3包括控 制單元9、第一調節閥6、第二調節閥7、氣體匯流排8。[0029]所述安全檢測裝置10包括壓力傳感器、溫度傳感器、氣體傳感器，分別接至控制單元9的輸入端，控制單元9的輸出端分別接至第一調節閥6、第二調節閥7及開關裝置11。[0030]氫氣供給裝置I的氫氣經第一調節閥6后，以及保護氣體從保護氣體供給裝置2 的第一出口經第二調節閥7后分別進入氣體匯流排8，進行匯流后的氣體經止回閥4后通入氫氣加熱器5 ;保護氣體從保護氣體供給裝置2的第二出口經開關裝置11通入氫氣加熱器 5。[0031]其中保護氣體是指化學性質穩定，在常溫和高溫下都不和氫氣發生化學反應的氣體，如氮氣或惰性氣體。[0032]工作時，第一調節閥6和第二調節閥7在控制單元9的控制下自動調節氫氣和保護氣體的流量在氫氣加熱器5開始加熱前，第一調節閥6將氫氣的流量調節為零，第二調節閥7將保護氣體的流量調節到最大，此時只有保護氣體通入氣體匯流排8再經由止回閥 4進入氫氣加熱器5,目的是為了排除氫氣加熱器5內的空氣,保證氫氣加熱器5內沒有空氣殘留，防止后續加熱時氫氣中混雜有空氣而發生危險；隨后第二調節閥7調節保護氣體的流量逐漸減小，第一調節閥6調節氫氣的流量逐漸加大，直到保護氣體的流量為零，氫氣的流量達到預定流量，此時只有氫氣通入氣體匯流排8再經由止回閥4進入氫氣加熱器5， 氫氣加熱器5開始加熱。氫氣加熱裝置正常工作時，開啟裝置11保持關閉狀態，保護氣體無法從保護氣體供給裝置2的第二出口輸出。[0033]由于氫氣密度小，加熱氫氣的過程中易發生回火，熱氫氣倒流回輸送管道或氫氣供給裝置I會有爆炸的危險，所以在氫氣加熱器5前設置止回閥4，能夠保證氫氣加熱器5 中的氫氣不會回流。[0034]安全檢測裝置10中的壓力傳感器、溫度傳感器、氣體傳感器實時檢測氫氣加熱裝置的運行情況，將氣體壓力信號、溫度信號、氣體信號發送給控制單元9 ;當控制單元9檢測這些信號發現氣體壓力高于設定壓力、氣體泄漏、控制柜3溫度過高等異常情況，立刻關閉第一調節閥6和第二調節閥7，同時開啟開關裝置11，保護氣體從保護氣體供給裝置2的第二出口直接通入氫氣加熱器5,從而防止氫氣和外界空氣進入氫氣加熱器5。[0035]進一步的，還設有斷電保護控制裝置(圖中沒有示出)，與開關裝置11連接，當控制柜3發生突然斷電時，斷電保護控制裝置會自動開啟開關裝置11，將保護氣體從保護氣體供給裝置2的第二個出口直接通入氫氣加熱器5，從而防止氫氣和外界空氣進入氫氣加熱器5。[0036]進一步的，所述氫氣供給裝置和第一調節閥之間增加設置有止回閥12，防止氫氣回流進入氫氣供給裝置，進一步提高了安全性，達到了雙重保險的功效。[0037]由于需要將高溫氣體不斷通入核心電池堆中，加熱需要在一個敞開環境下實現， 為此本實用新型的氫氣加熱器5，如圖2所示，優選采用一種可以直接進行加熱的管道，即在管道上纏繞可以加熱到高溫的電阻絲進行加熱，其由內向外依次包括管道，耐高溫絕緣保護層、電阻絲、·保溫層。[0038]所述管道上，緊密包覆有耐高溫絕緣保護層，所述耐高溫絕緣保護層的外面纏繞有電阻絲，所述電阻絲的外面緊密包覆有保溫層，對電阻絲進行通電即可對管道內的氣體進行加熱。[0039]所述管道為耐受溫度可達900°C以上的耐·高溫管道，所述管道可以采用不銹鋼材質，其化學性質穩定，不易與氣體發生反應，且經久耐用。例如采用不銹鋼管310S，耐受溫度為1200°C，或者采用不銹鋼管316L，耐受溫度為1000°C[0040]所述耐高溫絕緣保護層由內向外依次包括絕緣云母層和石英布層。所述絕緣云母層的擊穿溫度為1000°c，所述石英布的熔點為1710°C，可耐高溫在1200°C，由此構成的耐高溫絕緣保護層的耐熱和絕緣效果都很好。[0041]所述保溫層由內向外依次包括有保溫棉套和玻璃纖維布，這種采用玻璃纖維布將保溫棉套進行包裹來雙層保溫的方式，使保溫棉套很好的與管道貼合，保溫效果更好。優選的，所述保溫棉套采用硅酸鋁鐵耐火棉，其耐受溫度可達1050°C。[0042]優選的，所述電阻絲選擇可以加熱到1300°C以上的電阻絲。[0043]本實施例中，絕緣云母層的厚度為2層，電阻絲的纏繞間隔為flOmm，保溫棉套的厚度為100mm，使用者可以根據實際需要調整以上厚度和間距。[0044] 本實用新型的氫氣加熱器，在管道上緊密包覆有耐高溫絕緣保護層，耐高溫絕緣保護層的外面纏繞有電阻絲，電阻絲的外面緊密包覆有保溫層，所述耐高溫絕緣保護層由內向外依次包括絕緣云母層和石英布層，所述保溫層由內向外依次包括有保溫棉套和玻璃纖維布，對電阻絲進行通電即可對管道內的氣體進行加熱，由于是直接對管道進行加熱，傳熱率很高，并且保溫層的材料能夠很有效的防止熱量流失，能源利用率高，實現了在敞開環境下對大量氣體的加熱到700°C以上。[0045]本實用新型氫氣加熱裝置通過保護氣體供給裝置和控制柜，在加熱前將大量保護氣體通入氫氣加熱器，確保氫氣加熱器中沒有空氣殘留；通過在氫氣加熱前設置止回閥，保證氣體單向流動，氫氣不會從氫氣加熱器內回流。并且通過安全檢測裝置監測氫氣加熱裝置的運行情況，在發生異常情況時，立刻關閉調節閥，并且打開開關裝置，將保護氣體從另一條管道直接通入氫氣加熱器，防止氫氣和外界空氣進入氫氣加熱器。通過斷電保護控制裝置，在控制柜突然斷電時，自動打開開關裝置，將保護氣體從另一條管道直接通入氫氣加熱器。進一步的，在氫氣供給裝置和調節閥之間還設有止回閥，防止氫氣回流進入氫氣供給裝置，實現了多重保險。綜上所述，本實用新型氫氣加熱裝置通過以上種種安全措施，成功的實現了將大量氫氣非常安全的加熱到700°C以上的高溫。[0046]以上依據圖式所示的實施例詳細說明了本實用新型的構造、特征及作用效果，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，但本實用新型不以圖面所示限定實施范圍，凡是依照本實用新型的構想所作的改變，或修改為等同變化的等效實施例，仍未超出說明書與圖示所涵蓋的精神時，均應在本實用新型的保護范圍內。
權利要求1.一種氫氣加熱裝置，其特征在于包括 氫氣供給裝置、保護氣體供給裝置、止回閥、氫氣加熱器、控制柜、安全檢測裝置、開關裝置； 所述控制柜包括控制單元、第一調節閥、第二調節閥、氣體匯流排； 所述安全檢測裝置包括壓力傳感器、溫度傳感器、氣體傳感器，分別接至控制單元的輸入端，控制單元的輸出端分別接至第一調節閥、第二調節閥及開關裝置； 氫氣經第一調節閥后以及保護氣體從保護氣體供給裝置的第一出口經第二調節閥后分別進入氣體匯流排，進行匯流后的氣體經止回閥后通入氫氣加熱器；保護氣體從保護氣體供給裝置的第二出口經開關裝置通入氫氣加熱器。
2.如權利要求1所述的氫氣加熱裝置，其特征在于 還包括斷電保護控制裝置，與開關裝置連接。
3.如權利要求1所述的氫氣加熱裝置，其特征在于 所述氫氣供給裝置與第一調節閥之間增設有止回閥。
4.如權利要求1所述的氫氣加熱裝置，其特征在于 所述氫氣加熱器包括管道、管道外壁上包覆的耐高溫絕緣保護層、所述耐高溫絕緣保護層的外面纏繞的電阻絲以及所述電阻絲的外面包覆的保溫層。
5.如權利要求4所述的氫氣加熱裝置，其特征在于 所述高溫絕緣保護層由內向外依次包括絕緣云母層和石英布層。
6.如權利要求4所述的氫氣加熱裝置，其特征在于 所述保溫層由內向外依次包括保溫棉套和玻璃纖維布。
7.如權利要求6所述的氫氣加熱裝置，其特征在于 所述保溫棉套采用硅酸鋁鐵耐火棉。
專利摘要本實用新型涉及一種氫氣加熱裝置，其包括氫氣供給裝置、保護氣體供給裝置、止回閥、氫氣加熱器、控制柜、安全檢測裝置、開關裝置；所述控制柜包括控制單元、第一調節閥、第二調節閥、氣體匯流排；所述安全檢測裝置包括壓力傳感器、溫度傳感器、氣體傳感器，分別接至控制單元的輸入端，控制單元的輸出端分別接至第一調節閥、第二調節閥及開關裝置；氫氣經第一調節閥以及保護氣體從保護氣體供給裝置的第一出口經第二調節閥后分別進入氣體匯流排，進行匯流后的氣體經止回閥后通入氫氣加熱器；保護氣體從保護氣體供給裝置的第二出口經開關裝置通入氫氣加熱器。本實用新型成功實現了將大量氫氣安全的加熱到700℃以上的高溫。
文檔編號H01M8/04GK202871909SQ20122054866
公開日2013年4月10日 申請日期2012年10月24日 優先權日2012年10月24日
發明者杜俊平, 成龍, 張欣, 王瑄瑄 申請人:北京斯塔能源科技有限公司