一種套管式電解水制氧裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于制氧技術領域，尤其涉及一種套管式電解水制氧裝置。
【背景技術】
[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子交換膜電解質，此種電解質工作溫度低(〈100°c )，便攜性較好，但是系統效率和壽命都較低。米用固體氧化物電解質的電解水制氧方法，在600°C _1000°C下工作，無需貴金屬催化劑，能夠降低成本，提高系統的效率和壽命，并且系統體積小、制氧規模易于放大，可以獲得純度高達99.995%的高純氧。但是，由于固體氧化物電解質電解水制氧系統工作在高溫下，系統較為復雜，進一步降低系統的復雜度成為目前的研究重點。
【發明內容】
[0003]為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種套管式電解水制氧裝置，能夠降低系統復雜度，進一步降低系統的體積。
[0004]為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為:
[0005]—種套管式電解水制氧裝置，包括制氧反應器3，制氧反應器3的02入口通過第一換熱器1和02輸入管道連接，制氧反應器3的空氣入口通過第二換熱器2和空氣管道連接，制氧反應器3的Η2/Η20入口通過保壓閥11和Η2/Η20輸入管道連接，制氧反應器3的02出口通過第一換熱器1和02輸出管道連接，制氧反應器3的0 2/隊出口通過第二換熱器2和02/^2輸出管道連接，
[0006]所述的制氧反應器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；在使用過程中，在管式固體氧化物電解池6的正負極間輸入1.2V-2.0V的電壓，在正極側發生正極反應消耗比0、產生H2，在負極側發生負極反應產生02 ;同時，在管式固體氧化物燃料電池5兩側輸出0.6V-0.9V的電壓，在陽極側發生陽極反應消耗比、產生H20，在陰極側發生陰極反應消耗空氣中02，所產生的電能通過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、負極以及第一固體氧化物電解質組成，內側為負極，外側為正極，正負極中間是第一固體氧化物電解質，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是氧化釔穩定的氧化錯(Yttria Stabilized Zirconia，YSZ)、坑穩定的氧化錯(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燒結在一起；負極采用鍶摻雜的錳酸鑭(LSM)，并與第一固體氧化物電解質燒結在一起。
[0008]所述管式固體氧化物燃料電池5包括陽極、陰極以及第二固體氧化物電解質，內側為陽極，外側為陰極，陰、陽極中間是第二固體氧化物電解質，工作溫度范圍為600°C -1000°C，工作壓力范圍為0.lMPa-30MPa ;陽極采用Ni基催化劑，并與第二固體氧化物電解質燒結在一起；陰極采用鍶摻雜的錳酸鑭(LSM)，并與第二固體氧化物電解質燒結在一起。
[0009]所述保溫密封管4由內密封管、保溫層以及外密封管組成，內、外密封管均采用A1203管，中間填充保溫材料構成保溫層。
[0010]所述前密封端板7采用陶瓷材料制成，有02進氣口、空氣進氣口、Η 2/Η20混合氣注氣孔、螺桿孔，在前密封端板7 —側的Η2/Η20混合氣注氣孔裝有保壓閥，在另一側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孔以及陰陽極導電和正負極導線，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相連接的一側有固定槽。
[0012]所述的制氧反應器3開有兩個空氣進氣口。
[0013]本發明與已有的技術相比，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器，降低系統復雜度，在便攜式制氧以及移動式制氧領域有廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明的結構示意圖。
[0015]圖2為圖1的Α-Α剖視圖。
[0016]圖3是本發明管式固體氧化物電解池結構示意圖。
[0017]圖4是本發明管式固體氧化物燃料電池結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[0019]參照圖1，一種套管式電解水制氧裝置，包括制氧反應器3，制氧反應器3的02入口通過第一換熱器1和02輸入管道連接，制氧反應器3的空氣入口通過第二換熱器2和空氣管道連接，制氧反應器3的Η2/Η20入口通過保壓閥11和Η2/Η20輸入管道連接，制氧反應器3的02出口通過第一換熱器1和0 2輸出管道連接，制氧反應器3的0 2/隊出口通過第二換熱器2和02/Ν2輸出管道連接，第一換熱器1用來對制氧反應器3的進出口 02進行換熱，回收出口 02的熱量；第二換熱器2用來對制氧反應器3的進口空氣與出口 0 2/隊混合氣進行換熱，回收出口 02/隊混合氣的熱量。
[0020]參照圖2，所述的制氧反應器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；在使用過程中，在管式固體氧化物電解池6的正負極間輸入1.2V-2.0V的電壓，在正極側發生正極反應消耗Η20、產生Η2，在負極側發生負極反應產生02 ;于此同時，在管式固體氧化物燃料電池5兩側輸出0.6V-0.9V的電壓，在陽極側發生陽極反應消耗比、產生H20，在陰極側發生陰極反應消耗空氣中02，所產生的電能通過DC/DC變壓器升壓后輸入到管式固體氧化物電解池6中。
[0021]參照圖3，所述管式固體氧化物電解池6由正極、負極以及第一固體氧化物電解質組成，內側為負極，外側為正極，正負極中間是第一固體氧化物電解質，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是氧化釔穩定的氧化錯(Yttria Stabilized Zirconia, YSZ)、坑穩定的氧化錯(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燒結在一起，正極反應為H20+2e — Η 2+02，其中02通過固體氧化物電解質輸運至負極，電子通過外電路從負極輸運至正極；負極采用鍶摻雜的錳酸鑭(LSM)，并與第一固體氧化物電解質燒結在一起，負極反應為