一种高温绝缘焊接管组件的制作方法

本实用新型涉及高温绝缘管构件领域，更具体地涉及一种高温绝缘焊接管组件。

背景技术：

21世纪的世界能源面临着需求增长和二氧化碳减排的双重压力。在众多新能源中，氢能以其热值高、无二氧化碳排放受到人们的注目，被公认为理想的二次能源。但目前氢的获取方法如天然气重整、煤制水煤气等通常需要消耗化石原料，排放大量的二氧化碳，不符合绿色能源的要求，无法改变对化石能源的依赖和实现温室气体的减排。因此，只有完全通过水的裂解来制备氢气才能形成无二氧化碳排放的清洁能源循环。在电解水制氢工艺中，利用固体氧化物燃料电解池高温电解制氢是目前效率最高的制氢方法。与常温电解水制氢技术相比，在高温状态下电解过程中的电能消耗降低20～30％，电解效率可以达到90～100％；可以利用价格相对低廉的金属氧化物来取代贵金属作为电极材料，降低制氢设备成本；高温电解制氢技术适合与核能联用，有效利用核能反应堆廉价的高温工艺热和电能来进行大规模清洁制氢。

固体氧化物电解池(solidoxideelectrolysiscell，soec)是高温电解制氢(hightemperaturesteamelectrolysis，htse)技术中的核心反应器，是固体氧化物燃料电池(solidoxidefuelcell，sofc)的逆反应，其具体组成结构如图1所示。

大多数采用平板式结构，由基于全陶瓷材料的多层复合膜构成，包括致密的电解质10、金属陶瓷多孔氢电极20和氧电极30。此外，将单片电解池组装成电解池堆的关键部件还包括密封垫和单体电解池之间的连接体。在电解池两侧电极上施加一定的直流电压，高温下(500-800℃)水蒸气在氢电极被分解产生h2和o^2-，o^2-通过致密的固体氧化物电解质层到达氧电极，在氧电极失去电子得到o2，总体化学反应如下所示：

h2o(g)+电能→h2(g)+1/2o2(g)

电解池堆是由若干单体电池片组装而成，一个完整的电解池堆有接线柱40、进出气管道50。目前有些电解池堆的电流接线柱与气体分布板合并，致使气体管路带电势。为了避免系统的短路，需要在高温条件下解决气体通气管路的绝缘问题。因此无论是电解池(soec)还是燃料电池(sofc)在进行电解池堆集成时都必需发展高温绝缘技术，能够在有水蒸气存在的条件下和高温下长期工作，满足进出气管道、接线柱之间的绝缘要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种高温绝缘焊接管组件，从而解决现有技术中电解池堆缺乏合适的高温绝缘组件的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

根据本实用新型，提供一种高温绝缘焊接管组件，包括：一高温绝缘管，以及分别在所述高温绝缘管的两端与其焊接的两个金属套管；其中，所述金属套管包括具有第一直径的柱形部以及具有第二直径的套筒部，所述第一直径小于所述第二直径，所述套筒部与所述柱形部通过一过渡部连接，所述高温绝缘管的两端的外壁与所述金属套管的套筒部的内壁焊接。

所述高温绝缘管由陶瓷或石英制成，所述金属套管由不锈钢材料制成。

所述高温绝缘管与所述金属套管具有相近的膨胀系数。

所述高温绝缘管与所述金属套管焊接固定后，所述高温绝缘管的两端的外壁与所述金属套管的套筒部的内壁之间保持10-100微米间距。

所述高温绝缘管与所述金属套管的焊接重叠部分沿轴向方向的长度为0.2-2厘米。

根据本实用新型提供的高温绝缘焊接管组件，结构简单，节省安装空间，保证了在复杂管道中也可以方便安装绝缘组件，具有高温环境下运行、耐水蒸气、耐氢气、高压绝缘以及机械支撑的多重功能，整体设计安全可靠。

该高温绝缘组件具有优异的高温绝缘性能，使用温度高达750℃，管道内气体使用压力可以达到5atm，其中流通的介质气体可以是氧气、氢气或者水蒸气以及惰性气体。绝缘组件高温不变形，不氧化，使用寿命可以达到万小时以上。

总之，根据本实用新型提供的一种高温绝缘焊接管组件，集成高温绝缘、高温密封、高温焊接于一体，满足高温通气条件下的特殊绝缘要求，并且尺寸小，可在紧凑、高集成的系统中使用。

附图说明

图1是固体氧化物单体电解池示意图；

图2是根据本实用新型的一个优选实施例提供的高温绝缘焊接管组件的整体结构视图；

图3是如图2所示的高温绝缘焊接管组件的剖视图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本实用新型做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本实用新型而非用于限制本实用新型的范围。

结合图2-图3所示，是根据本实用新型的一个优选实施例的高温绝缘焊接管组件，包括：高温绝缘管1，以及分别在高温绝缘管1的两端与其焊接的两个金属套管2；其中，金属套管2包括具有第一直径的柱形部21以及具有第二直径的套筒部22，第一直径小于第二直径，套筒部22与柱形部21通过一过渡部23连接，因此，从外观上看套筒部成型为相对柱形部21径向向外突出的台阶，过渡部23成型为自柱形部21向套筒部22延伸的斜坡，高温绝缘管1的两端的外壁与金属套管2的套筒部22的内壁焊接。

根据本实用新型，高温绝缘管1具有耐高温、耐高温水蒸气、耐腐蚀、耐磨损、绝缘电压高的特点，优先选择陶瓷管、高温石英管。

金属套管2具有优良的耐高温、耐压特性。金属套管材料主要是不锈钢材质，包括cr系(400系列)、cr－ni系(300系列)、cr－mn－ni(200系列)、耐热铬合金钢(500系列)及析出硬化系(600系列)，优先选择300系列不锈钢。可伐合金材料，英科耐尔合金等材料。

根据本实用新型，优选地，所选择的高温绝缘管1与金属套管2具有相近的膨胀系数。

根据该优选实施例，高温绝缘管1与金属套管2焊接固定后，高温绝缘管1的两端的外壁与金属套管2的套筒部22的内壁之间保持10-100微米间距。

高温绝缘管1与金属套管2的焊接重叠部分沿轴向方向的长度为0.2-2厘米。

根据本实用新型的一个优选实施例，该高温绝缘焊接管组件的制备方法如下，包括以下步骤：

1)提供一高温绝缘管1，以及两个金属套管2，金属套管2包括具有第一直径的柱形部21以及具有第二直径的套筒部22，第一直径小于第二直径，套筒部22与柱形部21通过一过渡部23连接；

2)采用活性钼锰法对高温绝缘管1进行金属化后，将高温绝缘管的两端的外壁与金属套管2的套筒部22的内壁焊接，即可制备出一种高温绝缘焊接管组件。

在采用活性钼锰法对高温绝缘管1进行金属化/功能化时，所形成的钼锰层厚度为10-100微米，电镀镍层厚度为1-10微米。根据本实用新型提供的高温绝缘焊接管组件的高温绝缘管1与金属套管2之间具有附着力高，合力强等特点。

根据本实用新型的一个优选实施例，高温绝缘管1采用陶瓷材料，表面洁白，光滑，抗折强度高，耐腐蚀，耐磨损，绝缘电压等级高等特点完全满足高温绝缘要求，以95陶瓷管为例，首先利用模具制备出合适尺寸的陶瓷管，在陶瓷管两端进行金属化处理，然后在金属化处理的边缘处和金属套管进行密封焊接，制备出高温绝缘焊接组件。

高温绝缘管1与金属套管2的焊接方式包括插焊、对焊或钎焊。其中，插焊是指管道插入另一端的两端位置而焊接；对焊是指将焊件分别置于两夹紧装置之间，使其端面对准，在接触处通电加热进行焊接的方法；钎焊是指低于焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后，利用液态钎料填充固态工件的缝隙使金属连接的焊接方法。

高温绝缘管1与金属套管2的焊接采用银、铜、镍中的任意一种或任意两种按照一定比例混合组成的焊料。

根据本实用新型提供的高温绝缘焊接管组件，焊接强度高，焊接温度1100℃，可以长期运行在750℃工作环境中，焊接强度可耐到5atm气体压力，气密性好，焊接零件的真空漏率≤1×10-11pa.m3/s。

本实用新型通过足够强度的高温绝缘管和金属套管密封焊接，满足机械强度与绝缘耐压强度，并且达到部分管路绝缘的目的。

根据本实用新型提供的高温绝缘焊接管组件可实现在高温条件下进出气管道与接线柱之间的绝缘，同时能够承受高温水蒸气、氢气等的影响，并且其击穿电压≥240v。

以上所述的，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的范围，本实用新型的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本实用新型申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本实用新型专利的权利要求保护范围。本实用新型未详尽描述的均为常规技术内容。