CN105070934B - 一种平板式高温固体氧化物电解池堆定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于固体氧化物电解池技术领域，公布一种平板式高温固体氧化物电解池堆定位方法，由两步组成：第一步，在平板式高温固体氧化物电解池堆的电堆底板、电堆顶板、电堆连体板Ⅰ和电堆连体板Ⅱ上设置圆形定位槽和圆形定位孔，制作陶瓷定位栓；第二步，组装具有定位装置的平板式高温固体氧化物电解池堆。按本方法设计和制作的定位装置采用陶瓷材料和耐高温不锈钢材料结合，陶瓷材料具有绝缘、耐高温、耐腐蚀的特点，耐高温不锈钢则具有耐高温和易加工的特点，陶瓷定位栓避免了电堆各单元之间的短路问题；定位装置具有一定的灵活性，能有效释放电堆各组件之间的应力，有利于电堆的密封和热循环。本发明用于固体氧化物电解池多片电堆的定位和固定。
Description
技术领域
本发明属于固体氧化物电解池技术领域，特别涉及一种平板式高温固体氧化物电解池堆定位方法。
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课题，具有广阔的发展前景。高温固体氧化物电解池堆技术的发展是其实用化的关键。高温固体氧化物电解池的操作条件为高温环境，高温下长期运行稳定性问题是该技术发展的关键问题。
平板式高温固体氧化物电解池堆一般由若干个电解池单元串联叠加而成，各单元之间采用玻璃或玻璃-陶瓷复合材料封接，封接材料在高温下一般为软化状态，需要施加一定的机械压力使电堆保持稳定。授权公告号：CN102134726B的专利公开了一种新型密封结构的平板式高温固体氧化物电解池堆。专利对电堆的组成和结构进行了详细的描述，但涉及电堆定位方面并未涉及。而多片电堆的定位和固定对于平板式多片电堆的稳定运行至关重要。随着电解池堆片数的增加，电堆各层承受的压力增加，而各层之间密封介质为高温下软化的玻璃或玻璃陶瓷，因此每个单元之间容易发生位置的错位和偏移，从而导致电堆性能下降甚至密封失效，因此必须设计电堆各单元之间的定位装置。
目前一般的平板式高温固体氧化物电解池堆，会在电堆双极板边缘增加一个定位孔，采用金属或陶瓷柱从上至下贯穿，从而保证电堆各单元之间位置的固定。但是该设计也存在显著的缺陷：当电堆升温密封时，由于作为密封层的玻璃或玻璃-陶瓷材料复合材料变软，电堆层间会发生压缩，而且各层间上下和左右偏移的程度不同；由于金属材料和陶瓷材料的热膨胀系数存在差异，在进行热循环操作时，会产生较大的机械应力，如果不能够很好的释放这部分应力，会导致电堆及电池片产生裂痕。一般的贯通式定位设计，位置固定之后，无法对电堆内部应力起到释放作用。良好的电堆定位设计应该可以有效减少电堆在高温下运行时，以及电堆温度升降时热应力对电堆及电解池片稳定性的影响。基于上述设计思路，需要设计一种新型平板式高温固体氧化物电解池堆定位装置，提升电堆运行和热循环的稳定性。
发明内容
本发明的目的是为解决背景技术中所述的问题，提出一种平板式高温固体氧化物电解池堆定位方法，其技术方案为：
第一步，在平板式高温固体氧化物电解池堆的电堆底板1、电堆顶板2、电堆双极板Ⅰ3和电堆双极板Ⅱ4上设置圆形定位槽6和圆形定位孔7，其中电堆双极板Ⅱ4是在平板式高温固体氧化物电解池堆中与电堆双极板Ⅰ3相邻的电堆双极板，制作陶瓷定位栓8；
将电堆双极板Ⅰ3制成正方形极板，在电堆双极板Ⅰ3上表面的电堆的密封区域5之外，以正方形极板的中心点为对称原点，2个圆形定位槽6对称设置在正方形极板的一条对角线上，2个圆形定位孔7对称设置在正方形极板的另一条对角线上，并且圆形定位槽6圆心至正方形极板的中心点的距离和圆形定位孔7圆心至正方形极板的中心点的距离相等，圆形定位槽6和圆形定位孔7内径相同，圆形定位孔7为通孔，圆形定位槽6为深度为正方形极板厚度的50％～80％；
将电堆双极板Ⅱ4制成和电堆双极板Ⅰ3外形尺寸相同的正方形极板，在电堆双极板Ⅱ4上表面的电堆的密封区域5之外，以正方形极板的中心点为对称原点，2个圆形定位槽6对称设置在正方形极板的一条对角线上，该对角线与相邻的电堆双极板Ⅰ3上设置2个圆形定位孔7的对角线上下对应，2个圆形定位孔7对称设置在正方形极板的另一条对角线上，该对角线与相邻的电堆双极板Ⅰ3上设置2个圆形定位槽6的对角线上下对应，圆形定位孔7为通孔，并且圆形定位槽6圆心至正方形极板的中心点的距离、圆形定位孔7圆心至正方形极板的中心点的距离、圆形定位槽6内径、圆形定位孔7内径以及圆形定位槽6的深度都分别与电堆双极板Ⅰ3中所对应的参数相同；
在组装成的平板式高温固体氧化物电解池堆中，相邻的电堆双极板Ⅰ3和电堆双极板Ⅱ4中，在正方形极板同一个角上的圆形定位槽6和圆形定位孔7为上下交错的关系；
将电堆底板1制成与电堆双极板Ⅰ3外形尺寸相同的正方形极板，在电堆底板1上表面的电堆的密封区域5之外，以正方形极板的中心点为对称原点，2个圆形定位槽6对称设置在正方形极板的一条对角线上，另2个圆形定位槽6对称设置在正方形极板的另一条对角线上，并且圆形定位槽6圆心至正方形极板的中心点的距离、圆形定位槽6的内径以及圆形定位槽6的深度都分别与电堆双极板Ⅰ3中所对应的参数相同；
将电堆顶板2制成与电堆双极板Ⅰ3外形尺寸相同的正方形极板，在电堆顶板2下表面的电堆的密封区域5之外，以正方形极板的中心点为对称原点，2个圆形定位孔7对称设置在正方形极板的一条对角线上，另2个圆形定位孔7对称设置在正方形极板的另一条对角线上，圆形定位孔7为通孔，并且圆形定位孔7圆心至正方形极板的中心点的距离以及圆形定位孔7内径都分别与电堆双极板Ⅰ3中所对应的参数相同；
制作陶瓷定位栓8，陶瓷定位栓8为圆柱体，陶瓷定位栓8的外径比圆形定位槽6的内径小0.5～1mm，陶瓷定位栓8的高度大于圆形定位槽6的深度，并且小于或等于圆形定位槽6的深度与圆形定位孔7的长度之和；
所述电堆的密封区域5为电堆底板1、电堆顶板2、电堆双极板Ⅰ3和电堆双极板Ⅱ4上设置氢气流道、氧气流道、气体进出孔道、气孔和密封装置以及放置固体氧化物电解池片和其它元件的区域；
所述其它元件包括密封元件、阴极集流网和阳极集流网；
所述电堆底板1、电堆顶板2、电堆双极板Ⅰ3和电堆双极板Ⅱ4的材料都为不锈钢；
第二步，组装具有定位装置的平板式高温固体氧化物电解池堆；
步骤1，按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，电堆底板1上的电堆的密封区域5向上，在电堆底板1的一条对角线上的2个圆形定位槽6中置放陶瓷定位栓8，该两个圆形定位槽6是电堆底板1上的第一块电堆双极板Ⅰ3的两个圆形定位孔7所对应的圆形定位槽6；
按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，在电堆底板1的电堆的密封区域5内置放固体氧化物电解池片9和其它元件；
步骤2将第一块电堆双极板Ⅰ3置放在电堆底板1上，并且圆形定位槽6向上，电堆底板1上的两个陶瓷定位栓8分别插入第一块电堆双极板Ⅰ3的两个圆形定位孔7中，在第一块电堆双极板Ⅰ3上的2个圆形定位槽6中置放陶瓷定位栓8；
按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，在第一块电堆双极板Ⅰ3的电堆的密封区域5内置放固体氧化物电解池片9和其它元件；
步骤3，将第一块电堆双极板Ⅱ4置放在第一块电堆双极板Ⅰ3上，并且圆形定位槽6向上，第一块电堆双极板Ⅰ3上的两个陶瓷定位栓8分别插入第一块电堆双极板Ⅱ4的两个圆形定位孔7中，在第一块电堆双极板Ⅱ4上的2个圆形定位槽6中置放陶瓷定位栓8；
按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，在第一块电堆双极板Ⅱ4的电堆的密封区域5内置放固体氧化物电解池片9和其它元件；
步骤4，将第二块电堆双极板Ⅰ3置放在第一块电堆双极板Ⅱ4上，并且圆形定位槽6向上，第一块电堆双极板Ⅱ4上的两个陶瓷定位栓8分别插入第二块电堆双极板Ⅰ3的两个圆形定位孔7中，在第二块电堆双极板Ⅰ3上的2个圆形定位槽6中置放陶瓷定位栓8；
按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，在第二块电堆双极板Ⅰ3的电堆的密封区域5内置放固体氧化物电解池片9和其它元件；
步骤5，将第二块电堆双极板Ⅱ4置放在第一块电堆双极板Ⅰ3上，并且圆形定位槽6向上，第二块电堆双极板Ⅰ3上的两个陶瓷定位栓8分别插入第二块电堆双极板Ⅱ4的两个圆形定位孔7中，在第二块电堆双极板Ⅱ4上的2个圆形定位槽6中置放陶瓷定位栓8；
按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，在第二块电堆双极板Ⅱ4的电堆的密封区域5内置放固体氧化物电解池片9和其它元件；
步骤6，重复步骤4和步骤5，将全部电堆双极板Ⅰ3和电堆双极板Ⅱ4以及放固体氧化物电解池片9和其它元件都置放在平板式高温固体氧化物电解池堆中；最后的电堆双极板为电堆双极板Ⅰ3或电堆双极板Ⅱ4；
步骤7，按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，将电堆顶板2置放在最后的电堆双极板上，并且电堆顶板2上的电堆的密封区域5向下，最后的电堆双极板上的两个陶瓷定位栓8分别插入电堆顶板2对应的两个圆形定位孔7中，完成具有定位装置的平板式高温固体氧化物电解池堆组装；
所述平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求包括电堆的级数、阳极和阴极的配置方式以及电堆的密封结构。
本发明的有益效果为：本发明公布的平板式高温固体氧化物电解池堆定位方法及其设计的定位装置能用于高温固体氧化物电解池多片电堆高温运行时的稳定定位，实用方便，操作简单；装置中采用陶瓷材料和耐高温不锈钢材料结合的设计方式，陶瓷材料用于定位部分，具有绝缘、耐高温、耐腐蚀的特点；耐高温不锈钢用于外部固定部分，则具有耐高温和易加工的特点；陶瓷定位栓避免了电堆各单元之间的短路问题；定位装置具有一定的灵活性，能有效释放电堆各组件之间的应力，有利于电堆的密封和热循环。
附图说明
图1为平板式高温固体氧化物电解池堆定位装置结构示意图；
图2为图1A处的定位结构剖面图；
图3A为电堆双极板Ⅰ上表面定位设计示意图；
图3B为图3A的B-B剖视图；
图4为电堆双极板Ⅱ上表面定位设计示意图；
图5为电堆底板上表面定位设计示意图；
图6为电堆顶板下表面定位设计示意图；
图7为采用了本发明定位方法的二级平板式高温固体氧化物电解池堆实施例整体分解结构示意图。
图中，1--电堆底板，2--电堆顶板，3--电堆双极板Ⅰ3，4--电堆双极板Ⅱ，5--电堆的密封区域，6--圆形定位槽，7--圆形定位孔，8--陶瓷定位栓，9--固体氧化物电解池片，10--电堆密封框，11--氢气流道，12--阴极集流网，13--阳极集流网，14--气体进出孔道，15--气孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明提供了一种平板式高温固体氧化物电解池堆定位方法，按本方法组装具有定位装置的平板式高温固体氧化物电解池堆。
图1为平板式高温固体氧化物电解池堆定位装置结构示意图，按如下方法制作电堆的定位装置，并用于固体氧化物电解池多片电堆的定位和固定。
第一步，在平板式高温固体氧化物电解池堆的电堆底板1、电堆顶板2、电堆双极板Ⅰ3和电堆双极板Ⅱ4上设置圆形定位槽6和圆形定位孔7，其中电堆双极板Ⅱ4是在平板式高温固体氧化物电解池堆中与电堆双极板Ⅰ3相邻的电堆双极板，制作陶瓷定位栓8；
电堆双极板Ⅰ3的结构示意图如图3A的电堆双极板Ⅰ上表面定位设计示意图和图3B所示，电堆双极板Ⅰ3为正方形极板，在电堆双极板Ⅰ3上表面的电堆的密封区域5之外，以正方形极板的中心点为对称原点，2个圆形定位槽6对称设置在正方形极板的一条对角线上，2个圆形定位孔7对称设置在正方形极板的另一条对角线上，并且圆形定位槽6圆心至正方形极板的中心点的距离和圆形定位孔7圆心至正方形极板的中心点的距离相等，圆形定位槽6和圆形定位孔7内径相同，圆形定位孔7为通孔，圆形定位槽6为深度为正方形极板厚度的50％～80％。
电堆双极板Ⅱ4的结构示意图如图4的电堆双极板Ⅱ上表面定位设计示意图所示，电堆双极板Ⅱ4为和电堆双极板Ⅰ3外形尺寸相同的正方形极板，在电堆双极板Ⅱ4上表面的电堆的密封区域5之外，以正方形极板的中心点为对称原点，2个圆形定位槽6对称设置在正方形极板的一条对角线上，该对角线与相邻的电堆双极板Ⅰ3上设置2个圆形定位孔7的对角线上下对应，2个圆形定位孔7对称设置在正方形极板的另一条对角线上，该对角线与相邻的电堆双极板Ⅰ3上设置2个圆形定位槽6的对角线上下对应，圆形定位孔7为通孔，并且圆形定位槽6圆心至正方形极板的中心点的距离、圆形定位孔7圆心至正方形极板的中心点的距离、圆形定位槽6内径、圆形定位孔7内径以及圆形定位槽6的深度都分别与电堆双极板Ⅰ3中所对应的参数相同。
在组装成的平板式高温固体氧化物电解池堆中，相邻的电堆双极板Ⅰ3和电堆双极板Ⅱ4中，在正方形极板同一个角上的圆形定位槽6和圆形定位孔7为上下交错的关系，即如图1所示，上层的电堆双极板Ⅱ4中的圆形定位孔7对准下层的电堆双极板Ⅰ3中的圆形定位槽6，上层的电堆双极板Ⅱ4中的上层的电堆双极板Ⅱ4中的圆形定位孔7对准下层的电堆双极板Ⅰ3中的圆形定位槽6对准下层的电堆双极板Ⅰ3中的圆形定位孔7。
电堆底板1的结构示意图如图5的电堆底板上表面定位设计示意图所示，电堆底板1为与电堆双极板Ⅰ3外形尺寸相同的正方形极板，在电堆底板1上表面的电堆的密封区域5之外，以正方形极板的中心点为对称原点，2个圆形定位槽6对称设置在正方形极板的一条对角线上，另2个圆形定位槽6对称设置在正方形极板的另一条对角线上，并且圆形定位槽6圆心至正方形极板的中心点的距离、圆形定位槽6的内径以及圆形定位槽6的深度都分别与电堆双极板Ⅰ3中所对应的参数相同。
电堆顶板2的结构示意图如图6的电堆顶板下表面定位设计示意图所示，电堆顶板2为与电堆双极板Ⅰ3外形尺寸相同的正方形极板，在电堆顶板2下表面的电堆的密封区域5之外，以正方形极板的中心点为对称原点，2个圆形定位孔7对称设置在正方形极板的一条对角线上，另2个圆形定位孔7对称设置在正方形极板的另一条对角线上，圆形定位孔7为通孔，并且圆形定位孔7圆心至正方形极板的中心点的距离以及圆形定位孔7内径都分别与电堆双极板Ⅰ3中所对应的参数相同。
陶瓷定位栓8为圆柱体，陶瓷定位栓8的外径比圆形定位槽6的内径小0.5～1mm，陶瓷定位栓8的高度大于圆形定位槽6的深度，并且小于或等于圆形定位槽6的深度与圆形定位孔7的长度之和。如图1A所示，陶瓷定位栓8在下层的正方形极板的圆形定位槽6和上层的正方形极板的圆形定位孔7中，陶瓷定位栓8的圆柱面与圆形定位槽6和圆形定位孔7的内壁有间隙，陶瓷定位栓8的上端面不超过上层的正方形极板的上表面。
电堆的密封区域5为电堆底板1、电堆顶板2、电堆双极板Ⅰ3和电堆双极板Ⅱ4上设置氢气流道、氧气流道、气体进出孔道和气孔的区域以及放置固体氧化物电解池片和其它元件的区域。其它元件包括密封元件、阴极集流网和阳极集流网。电堆底板1、电堆顶板2、电堆双极板Ⅰ3和电堆双极板Ⅱ4的材料都为不锈钢。
第二步，组装具有定位装置的平板式高温固体氧化物电解池堆；
步骤1按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，电堆底板1上的电堆的密封区域5向上，在电堆底板1的一条对角线上的2个圆形定位槽6中置放陶瓷定位栓8，该两个圆形定位槽6是电堆底板1上的第一块电堆双极板Ⅰ3的两个圆形定位孔7所对应的圆形定位槽6；
按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，在电堆底板1的电堆的密封区域5内置放固体氧化物电解池片9和其它元件；
步骤2将第一块电堆双极板Ⅰ3置放在电堆底板1上，并且圆形定位槽6向上，电堆底板1上的两个陶瓷定位栓8分别插入第一块电堆双极板Ⅰ3的两个圆形定位孔7中，在第一块电堆双极板Ⅰ3上的2个圆形定位槽6中置放陶瓷定位栓8；
按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，在第一块电堆双极板Ⅰ3的电堆的密封区域5内置放固体氧化物电解池片9和其它元件；
步骤3将第一块电堆双极板Ⅱ4置放在第一块电堆双极板Ⅰ3上，并且圆形定位槽6向上，第一块电堆双极板Ⅰ3上的两个陶瓷定位栓8分别插入第一块电堆双极板Ⅱ4的两个圆形定位孔7中，在第一块电堆双极板Ⅱ4上的2个圆形定位槽6中置放陶瓷定位栓8；
按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，在第一块电堆双极板Ⅱ4的电堆的密封区域5内置放固体氧化物电解池片9和其它元件；
步骤4将第二块电堆双极板Ⅰ3置放在第一块电堆双极板Ⅱ4上，并且圆形定位槽6向上，第一块电堆双极板Ⅱ4上的两个陶瓷定位栓8分别插入第二块电堆双极板Ⅰ3的两个圆形定位孔7中，在第二块电堆双极板Ⅰ3上的2个圆形定位槽6中置放陶瓷定位栓8；
按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，在第二块电堆双极板Ⅰ3的电堆的密封区域5内置放固体氧化物电解池片9和其它元件；
步骤5将第二块电堆双极板Ⅱ4置放在第一块电堆双极板Ⅰ3上，并且圆形定位槽6向上，第二块电堆双极板Ⅰ3上的两个陶瓷定位栓8分别插入第二块电堆双极板Ⅱ4的两个圆形定位孔7中，在第二块电堆双极板Ⅱ4上的2个圆形定位槽6中置放陶瓷定位栓8；
按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，在第二块电堆双极板Ⅱ4的电堆的密封区域5内置放固体氧化物电解池片9和按设计要求的其它元件；
步骤6重复步骤4和步骤5，将全部电堆双极板Ⅰ3和电堆双极板Ⅱ4以及放固体氧化物电解池片9和其它元件都置放在平板式高温固体氧化物电解池堆中；最后的电堆双极板为电堆双极板Ⅰ3或电堆双极板Ⅱ4；
步骤7按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，将电堆顶板2置放在最后的电堆双极板上，并且电堆顶板2上的电堆的密封区域5向下，最后的电堆双极板上的两个陶瓷定位栓8分别插入电堆顶板2对应的两个圆形定位孔7中，完成具有定位装置的平板式高温固体氧化物电解池堆组装。
平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求包括电堆的级数、阳极和阴极的配置方式以及电堆的密封结构。
图7为采用了本发明定位方法的二级平板式高温固体氧化物电解池堆实施例整体分解结构示意图。
2个平板式固体氧化物电解池单元串接组成平板式高温固体氧化物电解池堆。电堆双极板Ⅰ3阳极面为第一级平板式固体氧化物电解池单元的阳极面，电堆底板1的阴极面为第一级平板式固体氧化物电解池单元的阴极面。电堆双极板Ⅰ3阴极面为第二级平板式固体氧化物电解池单元的阴极面，电堆顶板2的阳极面为第二级平板式固体氧化物电解池单元的阳极面。
电堆底板1的上表面为阴极面，在电堆底板1的电堆的密封区域内，沿电堆底板1的每边都有一条通透的气体进出孔道14，每条气体进出孔道14的位置对准电堆密封框10和电堆双极板Ⅰ3上对应的气孔15。4个气体进出孔道14分别和每级平板式固体氧化物电解池单元的空气、氧气、氢气和水蒸气回路连通，为平板式高温固体氧化物电解池堆与外部连接的气路的进出口。4个气体进出孔道14之间设置了互相平行的氢气流道11。
电堆双极板Ⅰ3的上表面为阴极面，下表面为阳极面，在电堆双极板Ⅰ3的电堆的密封区域内，阴极面上设置了与电堆底板1的氢气流道11平行的氢气流道11，阳极面上设置了与氢气流道11互相垂直的氧气流道，沿电堆双极板Ⅰ3的每边都有一组通透的气孔15。
电堆密封框10的每边都有一组通透的气孔15，每组的通透的气孔15分别与电堆双极板Ⅰ3的对应组的气孔15对准。
电堆顶板2的下表面为阳极面，在电堆顶板2的电堆的密封区域内，设置了与电堆双极板Ⅰ3上的氧气流道互相平行的氧气流道。
如图7所示，二级平板式高温固体氧化物电解池堆的自下而上结构为，电堆底板1阴极面向上，阴极极集流网12置于的电堆底板1阴极面的氢气流道11的区域上，电堆密封框10置于电堆底板1上，电堆密封框10的气孔15置于电堆底板1上的气体进出孔道14区域内。电堆密封框10下表面与电堆底板1阴极面之间设置密封和绝缘，固体氧化物电解池片9置于电堆密封框10的凹槽之上，阳极集流网13置于固体氧化物电解池片9的氧电极和电堆双极板3的阳极极面之间，构成第一级平板式固体氧化物电解池单元。
在电堆双极板Ⅰ3阴极面上，阴极极集流网12置于的电堆双极板Ⅰ3阴极面的氢气流道11的区域上，电堆密封框10置于电堆双极板Ⅰ3上，电堆密封框10的气孔15与电堆双极板Ⅰ3上的气孔15对准。电堆密封框10下表面与电堆双极板Ⅰ3阴极面之间设置密封和绝缘，固体氧化物电解池片9置于电堆密封框10的凹槽之上，阳极集流网13置于固体氧化物电解池片9的氧电极和电堆顶板2的阳极极面之间，构成第二级平板式固体氧化物电解池单元。
在组装电堆时的定位按照以下步骤进行：
步骤1按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，电堆底板1上的电堆的密封区域向上，在电堆底板1的一条对角线上的2个圆形定位槽6中置放陶瓷定位栓8，该两个圆形定位槽6是电堆底板1上的电堆双极板3的两个圆形定位孔7所对应的圆形定位槽6；按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，在电堆底板1的电堆的密封区域5内置放阴极集流网12、电堆密封框10、固体氧化物电解池片9和阳极集流网13。
步骤2将电堆双极板3置放在阳极集流网12上，将电堆底板1上的两个陶瓷定位栓8别插入电堆双极板3的两个圆形定位孔7，在电堆双极板3上的2个圆形定位槽6置放陶瓷定位栓8。按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，在电堆双极板3的电堆的密封区域5内置放阴极极集流网12、金属密封框10、固体氧化物电解池片9和阳极集流网13。
步骤3按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，将电堆顶板2置放在阳极集流网13上，电堆双极板3上的两个陶瓷定位栓8分别插入电堆顶板2对应的两个圆形定位孔7中，完成具有定位装置的平板式高温固体氧化物电解池堆组装。
按本发明设计和制作的平板式高温固体氧化物电解池堆定位装置，采用陶瓷材料和耐高温不锈钢材料结合的设计方式，陶瓷材料具有绝缘、耐高温、耐腐蚀的特点，耐高温不锈钢则具有耐高温和易加工的特点，陶瓷定位栓还避免了电堆各单元之间的短路问题；定位装置采用原位、交错式设计，具有一定的灵活性和自适应性，能有效释放电堆各组件之间的应力，有利于电堆高温下的密封稳定性和热循环性能。本发明用于固体氧化物电解池多片电堆的定位和固定。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (1)
1.一种平板式高温固体氧化物电解池堆定位方法，其特征在于，平板式高温固体氧化物电解池堆定位方法由两步组成：
第一步，在平板式高温固体氧化物电解池堆的电堆底板(1)、电堆顶板(2)、电堆双极板Ⅰ(3)和电堆双极板Ⅱ(4)上设置圆形定位槽(6)和圆形定位孔(7)，其中电堆双极板Ⅱ(4)是在平板式高温固体氧化物电解池堆中与电堆双极板Ⅰ(3)相邻的电堆双极板，制作陶瓷定位栓(8)；
将电堆双极板Ⅰ(3)制成正方形极板，在电堆双极板Ⅰ(3)上表面的电堆的密封区域(5)之外，以正方形极板的中心点为对称原点，2个圆形定位槽(6)对称设置在正方形极板的一条对角线上，2个圆形定位孔(7)对称设置在正方形极板的另一条对角线上，并且圆形定位槽(6)圆心至正方形极板的中心点的距离和圆形定位孔(7)圆心至正方形极板的中心点的距离相等，圆形定位槽(6)和圆形定位孔(7)内径相同，圆形定位孔(7)为通孔，圆形定位槽(6)为深度为正方形极板厚度的50％～80％；
将电堆双极板Ⅱ(4)制成和电堆双极板Ⅰ(3)外形尺寸相同的正方形极板，在电堆双极板Ⅱ(4)上表面的电堆的密封区域(5)之外，以正方形极板的中心点为对称原点，2个圆形定位槽(6)对称设置在正方形极板的一条对角线上，该对角线与相邻的电堆双极板Ⅰ(3)上设置2个圆形定位孔(7)的对角线上下对应，2个圆形定位孔(7)对称设置在正方形极板的另一条对角线上，该对角线与相邻的电堆双极板Ⅰ(3)上设置2个圆形定位槽(6)的对角线上下对应，圆形定位孔(7)为通孔，并且，电堆双极板Ⅱ(4)上的圆形定位槽(6)圆心至正方形极板的中心点的距离与电堆双极板Ⅰ(3)上的圆形定位槽(6)圆心至正方形极板的中心点的距离相同，电堆双极板Ⅱ(4)上的圆形定位孔(7)圆心至正方形极板的中心点的距离与电堆双极板Ⅰ(3)上的圆形定位孔(7)圆心至正方形极板的中心点的距离相同，电堆双极板Ⅱ(4)中的圆形定位槽(6)内径、圆形定位孔(7)内径以及圆形定位槽(6)的深度都分别与电堆双极板Ⅰ(3)中的圆形定位槽(6)内径、圆形定位孔(7)内径以及圆形定位槽(6)的深度相同；
在组装成的平板式高温固体氧化物电解池堆中，相邻的电堆双极板Ⅰ(3)和电堆双极板Ⅱ(4)中，在正方形极板同一个角上的圆形定位槽(6)和圆形定位孔(7)为上下交错的关系；
将电堆底板(1)制成与电堆双极板Ⅰ(3)外形尺寸相同的正方形极板，在电堆底板(1)上表面的电堆的密封区域(5)之外，以正方形极板的中心点为对称原点，2个圆形定位槽(6)对称设置在正方形极板的一条对角线上，另2个圆形定位槽(6)对称设置在正方形极板的另一条对角线上，并且，电堆底板(1)上的圆形定位槽(6)圆心至正方形极板的中心点的距离与电堆双极板Ⅰ(3)上的圆形定位槽(6)圆心至正方形极板的中心点的距离相同，电堆底板(1)中的圆形定位槽(6)的内径和深度都分别与电堆双极板Ⅰ(3)中圆形定位槽(6)的内径和深度相同；
将电堆顶板(2)制成与电堆双极板Ⅰ(3)外形尺寸相同的正方形极板，在电堆顶板(2)下表面的电堆的密封区域(5)之外，以正方形极板的中心点为对称原点，2个圆形定位孔(7)对称设置在正方形极板的一条对角线上，另2个圆形定位孔(7)对称设置在正方形极板的另一条对角线上，圆形定位孔(7)为通孔，并且，电堆顶板(2)上的圆形定位孔(7)圆心至正方形极板的中心点的距离与电堆双极板Ⅰ(3)上的圆形定位孔(7)圆心至正方形极板的中心点的距离相同，电堆顶板(2)中的圆形定位孔(7)内径与电堆双极板Ⅰ(3)中的圆形定位孔(7)内径相同；
制作陶瓷定位栓(8)，陶瓷定位栓(8)为圆柱体，陶瓷定位栓(8)的外径比圆形定位槽(6)的内径小0.5～1mm，陶瓷定位栓(8)的高度大于圆形定位槽(6)的深度，并且小于或等于圆形定位槽(6)的深度与圆形定位孔(7)的长度之和；
所述电堆的密封区域(5)为电堆底板(1)、电堆顶板(2)、电堆双极板Ⅰ(3)和电堆双极板Ⅱ(4)上设置氢气流道、氧气流道、气体进出孔道、气孔和密封装置以及放置固体氧化物电解池片和其它元件的区域；
所述其它元件包括密封元件、阴极集流网和阳极集流网；
所述电堆底板(1)、电堆顶板(2)、电堆双极板Ⅰ(3)和电堆双极板Ⅱ(4)的材料都为不锈钢；
第二步，组装具有定位装置的平板式高温固体氧化物电解池堆；
步骤1，按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，电堆底板(1)上的电堆的密封区域(5)向上，在电堆底板(1)的一条对角线上的2个圆形定位槽(6)中置放陶瓷定位栓(8)，该两个圆形定位槽(6)是电堆底板(1)上的第一块电堆双极板Ⅰ(3)的两个圆形定位孔(7)所对应的圆形定位槽(6)；
按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，在电堆底板(1)的电堆的密封区域(5)内置放固体氧化物电解池片(9)和所述其它元件；
步骤2，将第一块电堆双极板Ⅰ(3)置放在电堆底板(1)上，并且圆形定位槽(6)向上，电堆底板(1)上的两个陶瓷定位栓(8)分别插入第一块电堆双极板Ⅰ(3)的两个圆形定位孔(7)中，在第一块电堆双极板Ⅰ(3)上的2个圆形定位槽(6)中置放陶瓷定位栓(8)；
按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，在第一块电堆双极板Ⅰ(3)的电堆的密封区域(5)内置放固体氧化物电解池片(9)和所述其它元件；
步骤3，将第一块电堆双极板Ⅱ(4)置放在第一块电堆双极板Ⅰ(3)上，并且圆形定位槽(6)向上，第一块电堆双极板Ⅰ(3)上的两个陶瓷定位栓(8)分别插入第一块电堆双极板Ⅱ(4)的两个圆形定位孔(7)中，在第一块电堆双极板Ⅱ(4)上的2个圆形定位槽(6)中置放陶瓷定位栓(8)；
按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，在第一块电堆双极板Ⅱ(4)的电堆的密封区域(5)内置放固体氧化物电解池片(9)和所述其它元件；
步骤4，将第二块电堆双极板Ⅰ(3)置放在第一块电堆双极板Ⅱ(4)上，并且圆形定位槽(6)向上，第一块电堆双极板Ⅱ(4)上的两个陶瓷定位栓(8)分别插入第二块电堆双极板Ⅰ(3)的两个圆形定位孔(7)中，在第二块电堆双极板Ⅰ(3)上的2个圆形定位槽(6)中置放陶瓷定位栓(8)；
按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，在第二块电堆双极板Ⅰ(3)的电堆的密封区域(5)内置放固体氧化物电解池片(9)和所述其它元件；
步骤5，将第二块电堆双极板Ⅱ(4)置放在第一块电堆双极板Ⅰ(3)上，并且圆形定位槽(6)向上，第二块电堆双极板Ⅰ(3)上的两个陶瓷定位栓(8)分别插入第二块电堆双极板Ⅱ(4)的两个圆形定位孔(7)中，在第二块电堆双极板Ⅱ(4)上的2个圆形定位槽(6)中置放陶瓷定位栓(8)；
按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，在第二块电堆双极板Ⅱ(4)的电堆的密封区域(5)内置放固体氧化物电解池片(9)和所述其它元件；
步骤6，重复步骤4和步骤5，将全部电堆双极板Ⅰ(3)和电堆双极板Ⅱ(4)以及放固体氧化物电解池片(9)和所述其它元件都置放在平板式高温固体氧化物电解池堆中；最后的电堆双极板为电堆双极板Ⅰ(3)或电堆双极板Ⅱ(4)；
步骤7，按平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求，将电堆顶板(2)置放在最后的电堆双极板上，并且电堆顶板(2)上的电堆的密封区域(5)向下，最后的电堆双极板上的两个陶瓷定位栓(8)分别插入电堆顶板(2)对应的两个圆形定位孔(7)中，完成具有定位装置的平板式高温固体氧化物电解池堆组装；
所述平板式高温固体氧化物电解池堆的设计要求包括电堆的级数、阳极和阴极的配置方式以及电堆的密封结构。
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