CN218975483U - 一种应用于固体氧化物电池启停时的保护气氛发生装置 - Google Patents

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王绍荣
孙宁
史彩霞
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

本实用新型公开了一种应用于固体氧化物电池启停时的保护气氛发生装置，该装置通过泵将来自空气输入端口的空气从泵的输入端口泵送至泵的输出端口；分流器用于将来自泵的输出端口的空气分流成第一部分和第二部分；催化燃烧器用于将来自分流器的第一部分和将来自氢气气源供应装置输入端口的过量氢气进行燃烧并生成包括氮气、氢气以及水蒸气的保护气氛；换热器用于将来自催化燃烧器的保护气氛与来自分流器的第二部分换热并获得热空气；保护气氛输出端口用于接收来自换热器的保护气氛；热空气输出端口用于接收来自换热器的热空气；质量流量计用于调节流入氢气气源供应装置输入端口的氢气的流量。

Description

一种应用于固体氧化物电池启停时的保护气氛发生装置
技术领域
本实用新型涉及辅助设备，具体涉及一种应用于固体氧化物电池启停时的保护气氛发生装置。
背景技术
固体氧化物电池(Solid Oxide Cell，简称SOC)包括固体氧化物电解电池(SolidOxide electrolysis Cell，简称SOEC)和固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)两者运行模式。固体氧化物电池因其在电化学能量转换方面具有众多优势，已成为高效、清洁和可持续性的高新技术。
由于Ni-YSZ支撑的燃料极中的Ni金属容易被氧化，固体氧化物电池在启停时需要H2-N2混合气的保护。通常，该H2-N2混合气采用来自钢瓶气源的氢气与氮气进行配气而得到。但是，由于固体氧化物电池的预热启停时间长，预热启动过程对保护气氛的消耗量大。因此，用户侧须常备大量的氮气气瓶以提供充足的保护气氛。但是这种方式需要经常更换氮气源钢瓶，使用不便利。
发明内容
发明目的：本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种应用于固体氧化物电池启停时的保护气氛发生装置，能够提供固体氧化物电池启停时所需的保护气氛。
为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种应用于固体氧化物电池启停时的保护气氛发生装置，该保护气氛发生装置包括：
氢气气源供应装置输入端口；
空气输入端口；
泵，所述泵的输入端口与空气输入端口连通并且用于将来自空气输入端口的空气从泵的输入端口泵送至泵的输出端口；
分流器，所述分流器用于接收来自泵的输出端口的空气并且将其分流成第一部分和第二部分；
催化燃烧器，所述催化燃烧器内部设置有催化剂，所述催化燃烧器用于将来自分流器的所述第一部分和将来自氢气气源供应装置输入端口的过量氢气进行燃烧并且生成包括氮气、氢气以及水蒸气的保护气氛；
换热器，所述换热器用于将来自分流器的所述第二部分与来自催化燃烧器的保护气氛进行热交换以获得被来自催化燃烧器的保护气氛预热后的热空气；
保护气氛输出端口，所述保护气氛输出端口用于接收来自换热器的保护气氛；
热空气输出端口，所述热空气输出端口用于接收来自换热器的热空气；
质量流量计，所述质量流量计用于调节流入氢气气源供应装置输入端口的氢气的流量。
在一些实施例中，所述氢气气源供应装置输入端口用于接收来自外部氢气气源供应装置的氢气，所述氢气气源供应装置选自钢瓶或者氢气发生器。
在一些实施例中，所述泵为变速泵，用于调节流入所述空气输入端口的空气的流量，以便与不同功率的固体氧化物电池适配。还包括控制器，所述质量流量计、泵以及催化燃烧器分别都与控制器电连接。
在一些实施例中，所述泵为鼓风机或者空气泵。
在一些实施例中，所述热空气输出端口用于与所述固体氧化物电池的氧化气体入口连通。
在一些实施例中，所述保护气氛输出端口用于与所述固体氧化物电池的燃料气体入口连通。
在一些实施例中，所述催化剂包括铂。
在一些实施例中，所述催化燃烧器包括点火装置，所述点火装置位于所述催化燃烧器的一侧壁下部。
在一些实施例中，所述点火装置为点火枪。
在一些实施例中，所述催化燃烧器包括用于投放催化剂的催化剂入口以及盖合于所述催化剂入口上的法兰，所述催化剂入口与催化燃烧器内部连通。
有益效果：
本申请提供的一种应用于固体氧化物电池启停时的保护气氛发生装置利用空气与过量氢气发生的催化燃烧反应获得组分为氮气约65％、氢气约5％以及水蒸气约30％的混合气体。该混合气体具有还原气氛的本质，作为保护气氛，可用于固体氧化物电池启停时的保护。相较于现有技术通过来自钢瓶气源的氮气与氢气配气得到保护气氛的方式，本申请无需更换氮气钢瓶，使用更便利。与此同时，上述的催化燃烧反应产生一定的燃烧热，本申请通过设置换热器，将来自泵的输出端口的空气的第二部分与来自催化燃烧器的保护气氛进行换热并获得被来自催化燃烧器的保护气氛预热后的热空气，该热空气可以用作预热固体氧化物电池的进气，有助于缩短固体氧化物电池的启停时间。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本申请的一种实施例提供的一种应用于固体氧化物电池启停时的保护气氛发生装置的结构示意图；
图2为图1所示的保护气氛发生装置可以采用的催化燃烧器的结构示意图。
具体实施方式
本申请的附图标记如下所示：
氢气气源供应装置输入端口100、空气输入端口200、泵300、分流器400、催化燃烧器500、催化剂510、点火装置520、催化剂入口530、第一输入端口540、第二输入端口550、燃烧器输出端口560、换热器600、保护气氛输出端口700、热空气输出端口800、质量流量计900。
下面结合附图对本申请的技术方案进行详尽地描述。在本实用新型的附图中，箭头表示气体的流向。
如图1所示，本实用新型公开了一种应用于固体氧化物电池启停时的保护气氛发生装置，该保护气氛发生装置包括氢气气源供应装置输入端口100、空气输入端口200、泵300、分流器400、催化燃烧器500、换热器600、保护气氛输出端口700、热空气输出端口800、质量流量计900以及控制器。泵300的输入端口与空气输入端口200连通并且用于将来自空气输入端口200的空气从泵300的输入端口泵送至泵300的输出端口。分流器400用于接收来自泵300的输出端口的空气并且将其分流成第一部分和第二部分。催化燃烧器500内部设置有催化剂510，催化燃烧器500用于将来自分流器400的第一部分和将来自氢气气源供应装置输入端口100的过量氢气进行燃烧并且生成包括氮气、氢气以及水蒸气的保护气氛。换热器600用于将来自催化燃烧器500的保护气氛与来自分流器400的第二部分进行热交换以获得被来自催化燃烧器500的保护气氛预热后的热空气。保护气氛输出端口700用于接收来自换热器600的保护气氛。热空气输出端口800用于接收来自换热器600的热空气。质量流量计900用于调节流入氢气气源供应装置输入端口100的氢气的流量。
本实用新型的工作原理：在氢气气源供应装置输入端口100处接收来自外部氢气气源供应装置的氢气。在空气输入端口200处接收外部空气。泵300将来自空气输入端口200的空气泵送至分流器400。分流器400将来自空气输入端口200的外部空气分流为第一部分和第二部分。控制质量流量计900使得流入氢气气源供应装置输入端口100的氢气过量，以便可以将空气中的氧气完全消耗。控制催化燃烧器500的点火，将催化燃烧器500内来自分流器400的第一部分空气与过量氢气点燃并且进行充分燃烧后生成保护气氛，该保护气氛的组分为氮气约65％、氢气约5％以及水蒸气约30％。该保护气氛具有还原气氛的本质，可用于固体氧化物电池在启动或者停止的过程中的保护。通过在换热器600中将该保护气氛与来自分流器400的第二部分空气进行热交换从而获得被来自催化燃烧器500的保护气氛预热后的热空气。通过保护气氛输出端口700将热交换后的保护气氛输出至固体氧化物电池的燃料极。通过热空气输出端口800将热空气输送至固体氧化物电池的空气极以作为预热固体氧化物电池的进气。
在一些实施例中，氢气气源供应装置输入端口100用于接收来自外部氢气气源供应装置的氢气，氢气气源供应装置可以是钢瓶或者氢气发生器。氢气气源供应装置输入端口100也可以接收在固体氧化物电解电池(SOEC)工作阶段所储存的氢气。
在一些实施例中，泵300可以是变速泵，用于调节流入空气输入端口200的空气的流量，以便与不同功率的固体氧化物电池适配。该装置还包括控制器，所述质量流量计900、泵300以及催化燃烧器50分别都与控制器电连接。
本申请通过控制器控制被泵300泵送的空气的量，通过控制器控制质量流量计900以调节流入空气输入端口200的空气的流量，以便与不同功率的固体氧化物电池适配。本申请通过控制器控制催化燃烧器500的点火。
在一些实施例中，泵300为鼓风机或者空气泵。
在一些实施例中，热空气输出端口800用于与固体氧化物电池的氧化气体入口连通，以便用作预热固体氧化物电池的进气，有助于缩短固体氧化物电池的启停时间。
在一些实施例中，保护气氛输出端口700用于与固体氧化物电池的燃料气体入口连通，用于在固体氧化物电池启动或者停止的过程对Ni-YSZ支撑的燃料极中的Ni金属进行的保护。
在一些实施例中，催化剂510包括铂，该催化剂用于催化空气与过量氢气发生反应。
在一些实施例中，催化燃烧器500包括点火装置520，点火装置520位于催化燃烧器500的一侧壁下部。
在一些实施例中，点火装置520为点火枪。
在一些实施例中，催化燃烧器500包括用于投放催化剂510的催化剂入口530以及盖合于催化剂入口530上的法兰，催化剂入口530与催化燃烧器500内部连通。
在一些实施例中，催化燃烧器500还包括第一输入端口540、第二输入端口550以及燃烧器输出端口560。第一输入端口540、第二输入端口550以及燃烧器输出端口560分别都与催化燃烧器500内部连通。催化燃烧器500的第一输入端口540位于催化燃烧器500的底部并且用于接收来自泵300的输出端口的空气的第一部分。催化燃烧器500的第二输入端口550位于催化燃烧器500的与点火装置520相对的一侧壁下部，催化燃烧器500的第二输入端口550用于接收来自氢气气源供应装置输入端口100的过量氢气。燃烧器输出端口560位于催化燃烧器500的顶部并且用于输出催化燃烧器500内部反应生成的包括氮气、氢气以及水蒸气的保护气氛。
本实用新型提供了一种应用于固体氧化物电池启停时的保护气氛发生装置的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种应用于固体氧化物电池启停时的保护气氛发生装置，其特征在于，包括：
氢气气源供应装置输入端口(100)；
空气输入端口(200)；
泵(300)，所述泵(300)的输入端口与空气输入端口(200)连通并且用于将来自空气输入端口(200)的空气从泵(300)的输入端口泵送至泵(300)的输出端口；
分流器(400)，所述分流器(400)用于接收来自泵(300)的输出端口的空气并且将其分流成第一部分和第二部分；
催化燃烧器(500)，所述催化燃烧器(500)内部设置有催化剂(510)，所述催化燃烧器(500)用于将来自分流器(400)的所述第一部分和将来自氢气气源供应装置输入端口(100)的过量氢气进行燃烧并且生成包括氮气、氢气以及水蒸气的保护气氛；换热器(600)，所述换热器(600)用于将来自催化燃烧器(500)的保护气氛与来自分流器(400)的所述第二部分进行热交换以获得被来自催化燃烧器(500)的保护气氛预热后的热空气；
保护气氛输出端口(700)，所述保护气氛输出端口(700)用于接收来自换热器(600)的保护气氛；
热空气输出端口(800)，所述热空气输出端口(800)用于接收来自换热器(600)的热空气；
质量流量计(900)，所述质量流量计(900)用于调节流入氢气气源供应装置输入端口(100)的氢气的流量。
2.根据权利要求1所述的一种应用于固体氧化物电池启停时的保护气氛发生装置，其特征在于，所述氢气气源供应装置输入端口(100)用于接收来自外部氢气气源供应装置的氢气，所述氢气气源供应装置选自钢瓶或者氢气发生器。
3.根据权利要求1所述的一种应用于固体氧化物电池启停时的保护气氛发生装置，其特征在于，所述泵(300)为变速泵，用于调节流入所述空气输入端口(200)的空气的流量，以便与不同功率的固体氧化物电池适配；还包括控制器，所述质量流量计(900)、泵(300)以及催化燃烧器(500)分别都与所述控制器电连接。
4.根据权利要求1所述的一种应用于固体氧化物电池启停时的保护气氛发生装置，其特征在于，所述泵(300)为鼓风机或者空气泵。
5.根据权利要求1所述的一种应用于固体氧化物电池启停时的保护气氛发生装置，其特征在于，所述热空气输出端口(800)用于与所述固体氧化物电池的氧化气体入口连通。
6.根据权利要求1所述的一种应用于固体氧化物电池启停时的保护气氛发生装置，其特征在于，所述保护气氛输出端口(700)用于与所述固体氧化物电池的燃料气体入口连通。
7.根据权利要求1所述的一种应用于固体氧化物电池启停时的保护气氛发生装置，其特征在于，所述催化剂(510)包括铂。
8.根据权利要求1所述的一种应用于固体氧化物电池启停时的保护气氛发生装置，其特征在于，所述催化燃烧器(500)包括点火装置(520)，所述点火装置(520)位于所述催化燃烧器(500)的一侧壁下部。
9.根据权利要求8所述的一种应用于固体氧化物电池启停时的保护气氛发生装置，其特征在于，所述点火装置(520)为点火枪。
10.根据权利要求1所述的一种应用于固体氧化物电池启停时的保护气氛发生装置，其特征在于，所述催化燃烧器(500)包括用于投放催化剂(510)的催化剂入口(530)以及盖合于所述催化剂入口(530)上的法兰，所述催化剂入口(530)与催化燃烧器(500)内部连通。
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