专利名称：氢气加热装置的制作方法
技术领域：
氢气加热装置技术领域[0001]本实用新型属于气体加热技术领域，尤其涉及一种应用于固体氧化物燃料电池系统的氢气加热装置。
背景技术：
[0002]固体氧化物燃料电池是一种新型发电器，是一种将反应物的化学能直接转化为电能的化学器，在固体氧化物燃料电池的阳极一侧持续的通入燃料气，如氢气、甲烷，天然气等，具有催化作用的阳极表面吸附燃料气，并通过阳极的多孔结构扩散到阳极与电解质的界面。在阴极一侧持续通入氧气或空气，具有多孔结构的阴极表面吸附氧，由于阴极本身的催化作用，使得氧气(O2)得到电子变为氧离子(02_)，在化学势的作用下，氧离子(02_)进入起电解质作用的固体氧离子导体，由于浓度梯度引起扩散，最终达到固体电解质与阳极的界面，与燃料气体发生反应，失去的电子通过外电路回到阴极，产生大量电能。[0003]固体氧化物燃料电池通常工作温度较高，一般需要700°C以上，现有的固体氧化物燃料电池，是先将燃料气及空气或氧气分别通入核心电池堆的阳极和阴极，再利用马弗炉等高温电炉进行加热以发生化学反应。这种冷气体进入核心电池堆再利用炉体加热到一定温度以发生化学反应的方式，由于炉体温度较高，冷空气进入会导致电池片表面温度瞬间变化，电池片可能损坏，电池堆性能下降，同时还会导致电池堆内部温场不均匀，局部温度过高，破坏电池堆的正常运行。[0004]为此提出了一种新的固体氧化物燃料电池堆系统，将气体加热器与核心电池堆连接，核心电池堆逐步升温，同时气体加热器加热气体，核心电堆升温到700°C以上后，气体加热器将高温气体持续通入核心电堆，核心电堆在高温环境下稳定运行，这样解决了上述难题，并且加热过程均衡，能源利用率更高。[0005]然而，由于氢气自身的特性，空气中所含氢气的体积占混合气体体积的49Γ74. 2% 时，高温下会点燃爆炸，将氢气加热到高温的过程危险性很高，所以目前尚无能够将氢气加热到700°C以上高温的装置。实用新型内容[0006]为了解决如何将氢气安全的加热到高温的问题，本实用新型提出了一种氢气加热装置，其包括氢气供给装置、保护气体供给装置、止回阀、氢气加热器、控制柜、安全检测装置、开关装置。[0007]所述控制柜包括控制单元、第一调节阀、第二调节阀、气体汇流排。[0008]所述安全检测装置包括压力传感器、温度传感器、气体传感器，分别接至控制单元的输入端，控制单元的输出端分别接至第一调节阀、第二调节阀及开关装置。[0009]氢气经第一调节阀后以及保护气体从保护气体供给装置的第一出口经第二调节阀后分别进入气体汇流排，进行汇流后的气体经止 回阀后通入氢气加热器；保护气体从保护气体供给装置的第二出口经开关装置通入氢气加热器。[0010]其中保护气体是指化学性质稳定，在常温和高温下都不和氢气发生化学反应的气体，如氮气或惰性气体。[0011]工作时，第一调节阀和第二调节阀在控制单元的控制下自动调节氢气和保护气体的流量在加热器开始加热前，第一调节阀将氢气的流量调节为零，第二调节阀将保护气体的流量调节到最大，此时只有保护气体通入气体汇流排再经由止回阀进入氢气加热器，目的是为了排除氢气加热器内的空气，保证氢气加热器内没有空气残留，防止后续加热时氢气中混杂有空气而发生危险；随后第二调节阀调节保护气体的流量逐渐减小，第一调节阀调节氢气的流量逐渐加大，直到保护气体的流量为零，氢气的流量达到预定流量，此时只有氢气通入气体汇流排再经由止回阀进入氢气加热器，氢气加热器开始加热。氢气加热装置正常工作时，开启装置保持关闭状态，保护气体无法从保护气体供给装置的第二出口输出。[0012]由于氢气密度小，加热氢气的过程中易发生回火，热氢气倒流回输送管道或氢气供给装置会有爆炸的危险，所以在氢气加热器前设置止回阀，能够保证氢气加热器中的氢气不会回流。[0013]安全检测装置中的压力传感器、温度传感器、气体传感器实时检测氢气加热装置的运行情况，将气体压力信号、温度信号、气体信号发送给控制单元；当控制单元检测这些信号发现气体压力高于设定压力、气体泄漏、控制柜温度过高等异常情况，立刻关闭第一调节阀和第二调节阀，同时开启开关装置，保护气体从保护气体供给装置的第二出口直接通入氢气加热器，从而防止氢气和外界空气进入氢气加热器。[0014]进一步的，还设有断电保护控制装置，与开关装置连接，当控制柜发生突然断电时，断电保护控制装置会自动开启开关装置，将保护气体从保护气体供给装置的第二个出口直接通入氢气加热器，从而防止氢气和外界空气进入氢气加热器。[0015]进一步的，所述氢气供给装置和第一调节阀之间增加设置有止回阀，防止氢气回流进入氢气供给装置，进一步提高了安全性，达到了双重保险的功效。[0016]由于需要将高温气体不断通入核心电池堆中，加热需要在一个敞开环境下实现， 为此本实用新型的氢气加热器，优选采用了一种可以直接进行加热的管道，其技术方案为 在管道上缠绕可以加热到高温的电阻丝进行加热，其由内向外依次包括管道，耐高温绝缘保护层、电阻丝、保温层。[0017]所述管道上，紧密包覆有耐高温绝缘保护层，所述耐高温绝缘保护层的外面缠绕有电阻丝，所述电阻丝的外面紧密包覆有保温层，对电阻丝进行通电即可对管道内的气体进行加热。[0018]所述管道为耐受温度可达900°C以上的耐高温管道，所述管道可以采用不锈钢材质，其化学性质稳定，不易与气体发生反应，且经久耐用。例如采用不锈钢管310S，耐受温度为1200°C，或者采用不锈钢管316L，耐受温度为1000°C[0019]所述耐高温绝缘保护层由内向外依次包括绝缘云母层和石英布层。所述绝缘云母层的击穿温度为1000°c，所述石英布的熔点为`1710°C，可耐高温在1200°C，由此构成的耐高温绝缘保护层的耐热和绝缘效果都很好。[0020]所述保温层由内向外依次包括有保温棉套和玻璃纤维布，这种采用玻璃纤维布将保温棉套进行包裹来双层保温的方式，使保温棉套很好的与管道贴合，保温效果更好。优选的，所述保温棉套采用硅酸铝铁耐火棉，其耐受温度可达1050°C。[0021]优选的，所述电阻丝选择可以加热到1300°C以上的电阻丝。[0022]本实用新型的氢气加热器，在管道上紧密包覆有耐高温绝缘保护层，耐高温绝缘保护层的外面缠绕有电阻丝，电阻丝的外面紧密包覆有保温层，所述耐高温绝缘保护层由内向外依次包括绝缘云母层和石英布层，所述保温层由内向外依次包括有保温棉套和玻璃纤维布，对电阻丝进行通电即可对管道内的气体进行加热，由于是直接对管道进行加热，传热率很高，并且保温层的材料能够很有效的防止热量流失，能源利用率高，实现了在敞开环境下对大量气体的加热到700°C以上。[0023]本实用新型氢气加热装置通过保护气体供给装置和控制柜，在加热前将大量保护气体通入氢气加热器，确保氢气加热器中没有空气残留；通过在氢气加热前设置止回阀，保证气体单向流动，氢气不会从氢气加热器内回流。并且通过安全检测装置监测氢气加热装置的运行情况，在发生异常情况时，立刻关闭调节阀，并且打开开关装置，将保护气体从另一条管道直接通入氢气加热器，防止氢气和外界空气进入氢气加热器。通过断电保护控制装置，在控制柜突然断电时，自动打开开关装置，将保护气体从另一条管道直接通入氢气加热器。进一步的，在氢气供给装置和调节阀之间还设有止回阀，防止氢气回流进入氢气供给装置，实现了多重保险。综上所述，本实用新型氢气加热装置通过以上种种安全措施，成功的实现了将大量氢气非常安全的加热到700°C以上的高温。
[0024]图1为本实用新型氢气加热装置实施例的系统示意图。[0025]图2为本实用新型氢气加热装置的氢气加热器实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0026]下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。[0027]如图1所示为本实用新型一种氢气加热装置的实施例，其包括氢气供给装置1、 保护气体供给装置2、止回阀4、氢气加热器5、控制柜3、安全检测装置10、开关装置11。[0028]所述控制柜3包括控 制单元9、第一调节阀6、第二调节阀7、气体汇流排8。[0029]所述安全检测装置10包括压力传感器、温度传感器、气体传感器，分别接至控制单元9的输入端，控制单元9的输出端分别接至第一调节阀6、第二调节阀7及开关装置11。[0030]氢气供给装置I的氢气经第一调节阀6后，以及保护气体从保护气体供给装置2 的第一出口经第二调节阀7后分别进入气体汇流排8，进行汇流后的气体经止回阀4后通入氢气加热器5 ;保护气体从保护气体供给装置2的第二出口经开关装置11通入氢气加热器 5。[0031]其中保护气体是指化学性质稳定，在常温和高温下都不和氢气发生化学反应的气体，如氮气或惰性气体。[0032]工作时，第一调节阀6和第二调节阀7在控制单元9的控制下自动调节氢气和保护气体的流量在氢气加热器5开始加热前，第一调节阀6将氢气的流量调节为零，第二调节阀7将保护气体的流量调节到最大，此时只有保护气体通入气体汇流排8再经由止回阀 4进入氢气加热器5,目的是为了排除氢气加热器5内的空气,保证氢气加热器5内没有空气残留，防止后续加热时氢气中混杂有空气而发生危险；随后第二调节阀7调节保护气体的流量逐渐减小，第一调节阀6调节氢气的流量逐渐加大，直到保护气体的流量为零，氢气的流量达到预定流量，此时只有氢气通入气体汇流排8再经由止回阀4进入氢气加热器5， 氢气加热器5开始加热。氢气加热装置正常工作时，开启装置11保持关闭状态，保护气体无法从保护气体供给装置2的第二出口输出。[0033]由于氢气密度小，加热氢气的过程中易发生回火，热氢气倒流回输送管道或氢气供给装置I会有爆炸的危险，所以在氢气加热器5前设置止回阀4，能够保证氢气加热器5 中的氢气不会回流。[0034]安全检测装置10中的压力传感器、温度传感器、气体传感器实时检测氢气加热装置的运行情况，将气体压力信号、温度信号、气体信号发送给控制单元9 ;当控制单元9检测这些信号发现气体压力高于设定压力、气体泄漏、控制柜3温度过高等异常情况，立刻关闭第一调节阀6和第二调节阀7，同时开启开关装置11，保护气体从保护气体供给装置2的第二出口直接通入氢气加热器5,从而防止氢气和外界空气进入氢气加热器5。[0035]进一步的，还设有断电保护控制装置(图中没有示出)，与开关装置11连接，当控制柜3发生突然断电时，断电保护控制装置会自动开启开关装置11，将保护气体从保护气体供给装置2的第二个出口直接通入氢气加热器5，从而防止氢气和外界空气进入氢气加热器5。[0036]进一步的，所述氢气供给装置和第一调节阀之间增加设置有止回阀12，防止氢气回流进入氢气供给装置，进一步提高了安全性，达到了双重保险的功效。[0037]由于需要将高温气体不断通入核心电池堆中，加热需要在一个敞开环境下实现， 为此本实用新型的氢气加热器5，如图2所示，优选采用一种可以直接进行加热的管道，即在管道上缠绕可以加热到高温的电阻丝进行加热，其由内向外依次包括管道，耐高温绝缘保护层、电阻丝、·保温层。[0038]所述管道上，紧密包覆有耐高温绝缘保护层，所述耐高温绝缘保护层的外面缠绕有电阻丝，所述电阻丝的外面紧密包覆有保温层，对电阻丝进行通电即可对管道内的气体进行加热。[0039]所述管道为耐受温度可达900°C以上的耐·高温管道，所述管道可以采用不锈钢材质，其化学性质稳定，不易与气体发生反应，且经久耐用。例如采用不锈钢管310S，耐受温度为1200°C，或者采用不锈钢管316L，耐受温度为1000°C[0040]所述耐高温绝缘保护层由内向外依次包括绝缘云母层和石英布层。所述绝缘云母层的击穿温度为1000°c，所述石英布的熔点为1710°C，可耐高温在1200°C，由此构成的耐高温绝缘保护层的耐热和绝缘效果都很好。[0041]所述保温层由内向外依次包括有保温棉套和玻璃纤维布，这种采用玻璃纤维布将保温棉套进行包裹来双层保温的方式，使保温棉套很好的与管道贴合，保温效果更好。优选的，所述保温棉套采用硅酸铝铁耐火棉，其耐受温度可达1050°C。[0042]优选的，所述电阻丝选择可以加热到1300°C以上的电阻丝。[0043]本实施例中，绝缘云母层的厚度为2层，电阻丝的缠绕间隔为flOmm，保温棉套的厚度为100mm，使用者可以根据实际需要调整以上厚度和间距。[0044] 本实用新型的氢气加热器，在管道上紧密包覆有耐高温绝缘保护层，耐高温绝缘保护层的外面缠绕有电阻丝，电阻丝的外面紧密包覆有保温层，所述耐高温绝缘保护层由内向外依次包括绝缘云母层和石英布层，所述保温层由内向外依次包括有保温棉套和玻璃纤维布，对电阻丝进行通电即可对管道内的气体进行加热，由于是直接对管道进行加热，传热率很高，并且保温层的材料能够很有效的防止热量流失，能源利用率高，实现了在敞开环境下对大量气体的加热到700°C以上。[0045]本实用新型氢气加热装置通过保护气体供给装置和控制柜，在加热前将大量保护气体通入氢气加热器，确保氢气加热器中没有空气残留；通过在氢气加热前设置止回阀，保证气体单向流动，氢气不会从氢气加热器内回流。并且通过安全检测装置监测氢气加热装置的运行情况，在发生异常情况时，立刻关闭调节阀，并且打开开关装置，将保护气体从另一条管道直接通入氢气加热器，防止氢气和外界空气进入氢气加热器。通过断电保护控制装置，在控制柜突然断电时，自动打开开关装置，将保护气体从另一条管道直接通入氢气加热器。进一步的，在氢气供给装置和调节阀之间还设有止回阀，防止氢气回流进入氢气供给装置，实现了多重保险。综上所述，本实用新型氢气加热装置通过以上种种安全措施，成功的实现了将大量氢气非常安全的加热到700°C以上的高温。[0046]以上依据图式所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型不以图面所示限定实施范围，凡是依照本实用新型的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种氢气加热装置，其特征在于包括 氢气供给装置、保护气体供给装置、止回阀、氢气加热器、控制柜、安全检测装置、开关装置； 所述控制柜包括控制单元、第一调节阀、第二调节阀、气体汇流排； 所述安全检测装置包括压力传感器、温度传感器、气体传感器，分别接至控制单元的输入端，控制单元的输出端分别接至第一调节阀、第二调节阀及开关装置； 氢气经第一调节阀后以及保护气体从保护气体供给装置的第一出口经第二调节阀后分别进入气体汇流排，进行汇流后的气体经止回阀后通入氢气加热器；保护气体从保护气体供给装置的第二出口经开关装置通入氢气加热器。
2.如权利要求1所述的氢气加热装置，其特征在于 还包括断电保护控制装置，与开关装置连接。
3.如权利要求1所述的氢气加热装置，其特征在于 所述氢气供给装置与第一调节阀之间增设有止回阀。
4.如权利要求1所述的氢气加热装置，其特征在于 所述氢气加热器包括管道、管道外壁上包覆的耐高温绝缘保护层、所述耐高温绝缘保护层的外面缠绕的电阻丝以及所述电阻丝的外面包覆的保温层。
5.如权利要求4所述的氢气加热装置，其特征在于 所述高温绝缘保护层由内向外依次包括绝缘云母层和石英布层。
6.如权利要求4所述的氢气加热装置，其特征在于 所述保温层由内向外依次包括保温棉套和玻璃纤维布。
7.如权利要求6所述的氢气加热装置，其特征在于 所述保温棉套采用硅酸铝铁耐火棉。
专利摘要本实用新型涉及一种氢气加热装置，其包括氢气供给装置、保护气体供给装置、止回阀、氢气加热器、控制柜、安全检测装置、开关装置；所述控制柜包括控制单元、第一调节阀、第二调节阀、气体汇流排；所述安全检测装置包括压力传感器、温度传感器、气体传感器，分别接至控制单元的输入端，控制单元的输出端分别接至第一调节阀、第二调节阀及开关装置；氢气经第一调节阀以及保护气体从保护气体供给装置的第一出口经第二调节阀后分别进入气体汇流排，进行汇流后的气体经止回阀后通入氢气加热器；保护气体从保护气体供给装置的第二出口经开关装置通入氢气加热器。本实用新型成功实现了将大量氢气安全的加热到700℃以上的高温。
文档编号H01M8/04GK202871909SQ20122054866
公开日2013年4月10日 申请日期2012年10月24日 优先权日2012年10月24日
发明者杜俊平, 成龙, 张欣, 王瑄瑄 申请人:北京斯塔能源科技有限公司