一种套管式电解水制氧结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于制氧技术领域，尤其涉及一种套管式电解水制氧结构。
【背景技术】
[0002]制取高纯氧气的方法主要有三种:(I)深冷法；(2)变压吸附法；(3)电解水制氧法。其中电解水制氧方法稳定性较高，耗能较低，容量适用范围较广。目前电解水制氧中多采用质子交换膜电解质，此种电解质工作温度低(<100°c)，便携性较好，但是系统效率和寿命都较低。采用固体氧化物电解质的电解水制氧方法，在600°c-1000°c下工作，无需贵金属催化剂，能够降低成本，提高系统的效率和寿命，并且系统体积小、制氧规模易于放大，可以获得纯度高达99.995%的高纯氧。但是，由于固体氧化物电解质电解水制氧系统工作在高温下，系统较为复杂，进一步降低系统的复杂度成为目前的研究重点。
【发明内容】
[0003]为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种套管式电解水制氧结构，能够降低系统复杂度，进一步降低系统的体积。
[0004]为了达到上述目的，本实用新型采取的技术方案为:
[0005]—种套管式电解水制氧结构，包括制氧反应器3，制氧反应器3的O2入口通过第一换热器I和O2输入管道连接，制氧反应器3的空气入口通过第二换热器2和空气管道连接，制氧反应器3的H2/H2O入口通过保压阀11和H2/H2O输入管道连接，制氧反应器3的02出口通过第一换热器I和02输出管道连接，制氧反应器3的O2/N2出口通过第二换热器2和O2/N2输出管道连接，
[0006]所述的制氧反应器3包括保温密封管4、管式固体氧化物燃料电池5、管式固体氧化物电解池6，管式固体氧化物电解池6、管式固体氧化物燃料电池5以及保温密封管4按照由内到外的顺序组成三层套管，三层套管的两端安装前密封端板7和后密封端板8，采用螺杆9和螺母10将前密封端板7和后密封端板8固定连接;在使用过程中，在管式固体氧化物电解池6的正负极间输入1.2V-2.0V的电压，在正极侧发生正极反应消耗H20、产生H2，在负极侧发生负极反应产生02;同时，在管式固体氧化物燃料电池5两侧输出0.6V-0.9V的电压，在阳极侧发生阳极反应消耗H2、产生H2O,在阴极侧发生阴极反应消耗空气中02，所产生的电能通过DC/DC变压器升压后输入到管式固体氧化物电解池6中。
[0007]所述管式固体氧化物电解池6由正极、负极以及第一固体氧化物电解质组成，内侧为负极，外侧为正极，正负极中间是第一固体氧化物电解质，工作温度范围为600°C_1000°C，工作压力范围为0.lMPa-30MPa;第一固体氧化物电解质是氧化乾稳定的氧化错(YttriaStabilized Zirconia，YSZ)、坑稳定的氧化错(Scandia Stabilized Zirconia，ScSZ)、氧化IL掺杂的氧化铺(Gadolinia-Doped Ceria，GDC);正极采用Ni基催化剂，并与第一固体氧化物电解质烧结在一起;负极采用锶掺杂的锰酸镧(LSM)，并与第一固体氧化物电解质烧结在一起。
[0008]所述管式固体氧化物燃料电池5包括阳极、阴极以及第二固体氧化物电解质，内侧为阳极，外侧为阴极，阴、阳极中间是第二固体氧化物电解质，工作温度范围为600°C-1000°C，工作压力范围为0.1MPa-30MPa;阳极采用Ni基催化剂，并与第二固体氧化物电解质烧结在一起;阴极采用锶掺杂的锰酸镧(LSM)，并与第二固体氧化物电解质烧结在一起。
[0009]所述保温密封管4由内密封管、保温层以及外密封管组成，内、外密封管均采用Al2O3管，中间填充保温材料构成保温层。
[0010]所述前密封端板7采用陶瓷材料制成，有O2进气口、空气进气口、Η2/Η20混合气注气孔、螺杆孔，在前密封端板7—侧的Η2/Η20混合气注气孔装有保压阀，在另一侧有用于固定管式固体氧化物电解池6、管式固体氧化物燃料电池5、以及保温密封管4的槽。
[0011]所述后密封端板8采用陶瓷材料制成，有O2出气口、02/N2出气口、螺杆9孔以及阴阳极导电和正负极导线，在后密封端板8与管式固体氧化物电解池6、管式固体氧化物燃料电池5、以及保温密封管4相连接的一侧有固定槽。
[0012]所述的制氧反应器3开有两个空气进气口。
[0013]本实用新型与已有的技术相比，采用管式固体氧化物燃料电池5和管式固体氧化物电解池6组成套管式制氧反应器，降低系统复杂度，在便携式制氧以及移动式制氧领域有广泛的应用前景。
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型的结构示意图。
[0015]图2为图1的A-A剖视图。
[0016]图3是本实用新型管式固体氧化物电解池结构示意图。
[0017]图4是本实用新型管式固体氧化物燃料电池结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
[0019]参照图1，一种套管式电解水制氧结构，包括制氧反应器3，制氧反应器3的O2入口通过第一换热器I和O2输入管道连接，制氧反应器3的空气入口通过第二换热器2和空气管道连接，制氧反应器3的Η2/Η20入口通过保压阀11和Η2/Η20输入管道连接，制氧反应器3的O2出口通过第一换热器I和O2输出管道连接，$ij氧反应器3的02/N2出口通过第二换热器2和O2/N2输出管道连接，第一换热器I用来对制氧反应器3的进出口 O2进行换热，回收出口 O2的热量;第二换热器2用来对制氧反应器3的进口空气与出口 02/N2混合气进行换热，回收出口 O2/N2混合气的热量。
[0020]参照图2，所述的制氧反应器3包括保温密封管4、管式固体氧化物燃料电池5、管式固体氧化物电解池6，管式固体氧化物电解池6、管式固体氧化物燃料电池5以及保温密封管4按照由内到外的顺序组成三层套管，三层套管的两端安装前密封端板7和后密封端板8，采用螺杆9和螺母10将前密封端板7和后密封端板8固定连接;在使用过程中，在管式固体氧化物电解池6的正负极间输入1.2V-2.0V的电压，在正极侧发生正极反应消耗H20、产生H2，在负极侧发生负极反应产生02;于此同时，在管式固体氧化物燃料电池5两侧输出0.6V-0.9V的电压，在阳极侧发生阳极反应消耗出、产生H2O,在阴极侧发生阴极反应消耗空气中02，所产生的电能通过DC/DC变压器升压后输入到管式固体氧化物电解池6中。
[0021]参照图3，所述管式固体氧化物电解池6由正极、负极以及第一固体氧化物电解质组成，内侧为负极，外侧为正极，正负极中间是第一固体氧化物电解质，工作温度范围为6000C-1OOO0C，工作压力范围为0.lMPa-30M