专利名称：一种平板式固体氧化物电解池堆测试系统的制作方法
技术领域：
本发明为一种平板式固体氧化物电解池堆测试系统，属于高温水蒸气电解制氢领 域。
背景技术：
高温固体氧化物电解池是一种高效、低污染的能量转换装置，利用其电解水蒸汽 制氢是目前能源领域的热点研究课题，具有广阔的发展前景。高温固体氧化物电解池堆的 发展是其实用化的关键，电堆相关测试装置的开发对于高温蒸汽电解制氢技术的研究具有 重要的推动作用。在固体氧化物电堆测试过程中，电堆在高温下的良好密封是其成功运行的保证。 目前平板式固体氧化物电解池电堆的密封方式主要可以分为硬密封和软密封，两种密封方 式都需要对电堆施加一定的压力，以保证其密封效果。一般的固体氧化物电解池堆的测试 加压一般采用顶部加重物的方法，该方法的精确度较差，且不方便在测试过程中对电堆承 受的压力进行记录和调节。公开号为CN 101216495A的专利公开了一种应用于高温水蒸汽电解制氢过程的 高温电解在线测试系统。该测试系统对气路和控制系统进行了详细的描述，但涉及电堆测 试部分并未提及；而电堆的测试和单体电解池测试存在较大的差异，电堆的加压对于平板 式电堆的密封至关重要。此外，该测试系统只考虑了氢气和水蒸气进气系统，对于氧电极气 路则未作考虑。
发明内容
本发明提出了一种平板式固体氧化物电解池堆测试系统，可用于平板式高温固体 氧化物单体电解池堆的稳定、准确测试，对于高温固体氧化物电解池的发展具有重要的意 义。本发明的技术方案如下一种平板式固体氧化物电解池堆测试系统，包括气路部分、电堆加压测试部分、电 化学测试部分以及控制及测试部分；所述的气路部分包括阳极气路、阴极气路、水蒸气气 路、阳极进气混气预热器以及水蒸气蒸发混合器，其特征在于所述的电堆加压测试部分包 括机械加压装置、测压装置、高温炉以及支架；该机械加压装置包括加压螺杆、固定套管、加 压弹簧、加压旋钮、连接卡套、传压陶瓷管和压头；固定套管置于支架上缘的中间位置，加压 螺杆从中间穿过；加压弹簧设置在加压螺杆上，所述的加压旋钮设置在加压螺杆的下端； 所述的机械测压装置包括电堆测试底座、支撑陶瓷管、护套、支撑卡套、压力传感器和传感 器固定调节底座，压力传感器固定在传感器固定调节底座上，支撑陶瓷管通过支撑卡套与 压力传感器接触，测试底座设置在支撑陶瓷管的顶端；所述的高温炉内设有温度传感器，所 述的压力传感器和温度传感器通过信号线与控制及测试部分相连接。上述技术方案中，所述的阳极气路包括空气气路、氧气气路和氮气气路；所述的阴极气路包括氢气气路、氮气气路、二氧化碳气路和一氧化碳气路；在所述的各条气路上均依 次设有减压阀、质量流量控制器和单向阀。所述的阳极进气混气预热器和水蒸气蒸发混合 器的预热温度为600-800°C。所述的电堆测试底座采用氧化铝陶瓷板。本发明具有以下优点及突出性效果①针对平板式高温固体氧化物电解池堆测 试，可用于高温电解制氢工艺研究、工艺优化和电堆材料及设计改进；②设计的机械加压和 测压装置可实时的显示电堆测试的整个过程承受压力的变化情况，并且根据需要对电堆承 压加以调节，从而保证测试过程电堆的良好气密性，使测试更加稳定准确；③测试系统既可 用来测试固体氧化物电解池，又可用来测试固体氧化物燃料电池；采用不同的进气和传感 器可做共电解实验测试。
图1为本发明一种平板式固体氧化物电解池堆测试系统。图2为电堆加压测试装置示意图。图中1-减压阀；2-质量流量控制器；3-单向阀；4-计量泵；5-阳极进气混气 预热器；6-水蒸气蒸发混合器；9-阳极尾气冷却器；10-阴极尾气冷却器；11-加压螺杆； 12-固定套管；13-加压弹簧；14-加压旋钮；15-连接卡套；16-传压陶瓷管；17-压头； 18-支架；19-电堆测试底座；20-支撑陶瓷管；21-护套；22-支撑卡套；23-压力传感器； 24-传感器固定调节底座。
具体实施例方式下面结合附图及具体实例，对本发明的工作原理具体实施方式
和工作过程作进 一步说明图1为本发明一种平板式固体氧化物电解池堆测试系统的示意图。该测试系统主 要包括气路部分，电堆加压测试部分，电化学测试部分，控制及测试部分。气路部分包括阳 极气路、阴极气路和水蒸气气路，各条气路上均依次设有减压阀1、质量流量控制器2和单 向阀3 ；阳极气路主要包括空气减压阀1、氧气减压阀1、氮气减压阀1、以及相应的质量流量 控制器2和单向阀3 ；阴极气路包括氢气减压阀1、氮气减压阀1、二氧化碳减压阀1、一氧 化碳减压阀1以及相应的质量流量控制器2和单向阀3 ；进气系统还包括计量泵4，阳极进 气混气预热器5和水蒸气蒸发混合器6，阳极尾气冷却器9和阴极尾气冷却器10。气路系 统的流量、温度、湿度和压力通过相应的传感器与测试控制部分连接。电堆加压测试部分包 括机械加压装置、测压装置、高温炉7以及支架18 ；该机械加压装置包括加压螺杆11，固定 套管12，加压弹簧13，加压旋钮14，连接卡套15，传压陶瓷管16和压头17 ；固定套管12置 于支架上缘的中间位置，加压螺杆11从中间穿过，加压弹簧13设置在加压螺杆11上，下端 设置一加压旋钮14，机械测压装置包括电堆测试底座19，支撑陶瓷管20，护套21，支撑卡套 22，压力传感器23，传感器固定支座M，压力传感器23固定在传感器固定支座M上，支撑 陶瓷管20通过支撑卡套22与压力传感器23接触，测试底座19设置在支撑陶瓷管20的顶 端；高温炉7内设有温度传感器，压力传感器23和温度传感器通过信号线与控制及测试部 分相连接。本测试系统的主要操作过程为首先检查气瓶、气路、电路及各部分设备是否正常，测试系统周围环境是否符合实验安全要求。打开高温炉7，确认电炉加压装置和电堆测 试底座19位置是否合适，接通压力传感器23电源，预热调试压力传感器23 ；将装配好的 待测电堆8置于高温炉7内的电堆测试底座19之上；连接好气路和电连接导线，小心旋转 加压旋钮14，将电堆8固定在合适位置，使加压螺杆10、电堆8、压力传感器23的重心处于 一条直线；小心合上高温炉7，将气路和电连接导线固定好，用耐火纤维棉讲炉口缝隙填充 好；压力传感器23调零，准备开始测试。 打开外部气路气瓶，调节减压阀1至合适的压力范围，阳极侧的气体组成通过质 量流量控制器2精确控制，阴极气体组成通过质量流量控制器2精确控制。进行制氢试验时 一般阳极的气体为空气，即开启减压阀1，质量流量控制器2 ；阴极侧的气体为氢气和氮气， 即开启减压阀1，质量流量控制器2 ；单向阀3的作用是防止混合气体逆行。按照试验需要 调节计量泵4的流量，液态水进入水蒸气蒸发混合器6与氢气和氮气混合，气体温度根据需 要加热到600-800°C ；阳极的进气进入阳极进气混气预热器5，预热温度为600-800°C。阳 极和阴极侧的反应产物经过阳极尾气冷却器9和阴极尾气冷却器10冷却至室温。所有的 参数测试和控制通过测试及控制部分来进行。
权利要求
1.一种平板式固体氧化物电解池堆测试系统，包括气路部分、电堆加压测试部分、电化 学测试部分以及控制及测试部分；所述的气路部分包括阳极气路、阴极气路、水蒸气气路、 阳极进气混气预热器(5)以及水蒸气蒸发混合器(6)，其特征在于所述的电堆加压测试部 分包括机械加压装置、测压装置、高温炉(7)以及支架(18)；该机械加压装置包括加压螺杆 (11)、固定套管(12)、加压弹簧(13)、加压旋钮(14)、连接卡套(15)、传压陶瓷管(16)和压 头(17)；固定套管(1 置于支架上缘的中间位置，加压螺杆(11)从中间穿过；加压弹簧 (13)设置在加压螺杆(11)上，所述的加压旋钮(14)设置在加压螺杆的下端；所述的机械 测压装置包括电堆测试底座(19)、支撑陶瓷管(20)、护套(21)、支撑卡套(22)、压力传感器 (23)和传感器固定调节底座(M)，压力传感器固定在传感器固定调节底座04)上， 支撑陶瓷管00)通过支撑卡套0 与压力传感器接触，测试底座(19)设置在支撑 陶瓷管OO)的顶端；所述的高温炉(7)内设有温度传感器，所述的压力传感器和温度 传感器通过信号线与控制及测试部分相连接。
2.按照权利要求1所述的一种平板式固体氧化物电解池堆测试系统，其特征在于所 述的阳极气路包括空气气路、氧气气路和氮气气路；所述的阴极气路包括氢气气路、氮气气 路、二氧化碳气路和一氧化碳气路；在所述的各条气路上均依次设有减压阀(1)、质量流量 控制器⑵和单向阀(3)。
3.按照权利要求1所述的一种平板式固体氧化物电解池堆测试系统，其特征在于阳 极进气混气预热器( 和水蒸气蒸发混合器(6)的预热温度为600-80(TC。
4.按照权利要求1所述的一种平板式固体氧化物电解池堆测试系统，其特征在于电 堆测试底座(19)采用氧化铝陶瓷板。
全文摘要
一种平板式固体氧化物电解池堆测试系统，该测试系统包括气路部分，电堆加压测试部分，电化学测试部分，控制及测试部分，气路部分包括阳极气路、阴极气路和水蒸气气路，电堆加压测试部分包括机械加压装置、测压装置、高温炉以及支架；本发明所涉及的一种平板式固体氧化物电解池堆测试系统可以用于不同组成结构的平板式固体氧化物电解池堆的性能测试，该测试系统可以在整个测试过程中实时观测和调节电解池堆承受的机械压力，具有操作简便、测量稳定性准确等优点。
文档编号G01L19/08GK102095446SQ20101055293
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者于波, 张平, 张文强, 徐景明 申请人:清华大学