一种套管式电解水制氧结构，包括制氧反应器，制氧反应器由管式固体氧化物电解池、管式固体氧化物燃料电池以及保温密封管按照由内到外的顺序组成三层套管，三层套管的两端安装前密封端板和后密封端板，采用螺杆和螺母将前密封端板和后密封端板固定连接；使用时在管式固体氧化物电解池的正负极间输入1.2V-2.0V的电压，在正极侧发生正极反应消耗H2O、产生H2，在负极侧发生负极反应产生O2；同时在管式固体氧化物燃料电池两侧输出0.6V-0.9V的电压，在阳极侧发生阳极反应消耗H2、产生H2O，在阴极侧发生阴极反应消耗空气中O2，产生的电能输入到管式固体氧化物电解池中，采用套管式制氧反应器，降低系统复杂度。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于制氧
，尤其涉及一种套管式电解水制氧结构。
技术介绍
制取高纯氧气的方法主要有三种:(I)深冷法；(2)变压吸附法；(3)电解水制氧法。其中电解水制氧方法稳定性较高，耗能较低，容量适用范围较广。目前电解水制氧中多采用质子交换膜电解质，此种电解质工作温度低(<100°c)，便携性较好，但是系统效率和寿命都较低。采用固体氧化物电解质的电解水制氧方法，在600°c-1000°c下工作，无需贵金属催化剂，能够降低成本，提高系统的效率和寿命，并且系统体积小、制氧规模易于放大，可以获得纯度高达99.995%的高纯氧。但是，由于固体氧化物电解质电解水制氧系统工作在高温下，系统较为复杂，进一步降低系统的复杂度成为目前的研究重点。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种套管式电解水制氧结构，能够降低系统复杂度，进一步降低系统的体积。为了达到上述目的，本技术采取的技术方案为:—种套管式电解水制氧结构，包括制氧反应器3，制氧反应器3的O2入口通过第一换热器I和O2输入管道连接，制氧反应器3的空气入口通过第二换热器2和空气管道连接，制氧反应器3的H2/H2O入口通过保压阀11和H2/H2O输入管道连接，制氧反应器3的02出口通过第一换热器I和02输出管道连接，制氧反应器3的O2/N2出口通过第二换热器2和O2/N2输出管道连接，所述的制氧反应器3包括保温密封管4、管式固体氧化物燃料电池5、管式固体氧化物电解池6，管式固体氧化物电解池6、管式固体氧化物燃料电池5以及保温密封管4按照由内到外的顺序组成三层套管，三层套管的两端安装前密封端板7和后密封端板8，采用螺杆9和螺母10将前密封端板7和后密封端板8固定连接;在使用过程中，在管式固体氧化物电解池6的正负极间输入1.2V-2.0V的电压，在正极侧发生正极反应消耗H20、产生H2，在负极侧发生负极反应产生02;同时，在管式固体氧化物燃料电池5两侧输出0.6V-0.9V的电压，在阳极侧发生阳极反应消耗H2、产生H2O,在阴极侧发生阴极反应消耗空气中02，所产生的电能通过DC/DC变压器升压后输入到管式固体氧化物电解池6中。所述管式固体氧化物电解池6由正极、负极以及第一固体氧化物电解质组成，内侧为负极，外侧为正极，正负极中间是第一固体氧化物电解质，工作温度范围为600°C_1000°C，工作压力范围为0.lMPa-30MPa;第一固体氧化物电解质是氧化乾稳定的氧化错(YttriaStabilized Zirconia，YSZ)、坑稳定的氧化错(Scandia Stabilized Zirconia，ScSZ)、氧化IL掺杂的氧化铺(Gadolinia-Doped Ceria，GDC);正极采用Ni基催化剂，并与第一固体氧化物电解质烧结在一起;负极采用锶掺杂的锰酸镧(LSM)，并与第一固体氧化物电解质烧结在一起。所述管式固体氧化物燃料电池5包括阳极、阴极以及第二固体氧化物电解质，内侧为阳极，外侧为阴极，阴、阳极中间是第二固体氧化物电解质，工作温度范围为600°C-1000°C，工作压力范围为0.1MPa-30MPa;阳极采用Ni基催化剂，并与第二固体氧化物电解质烧结在一起;阴极采用锶掺杂的锰酸镧(LSM)，并与第二固体氧化物电解质烧结在一起。所述保温密封管4由内密封管、保温层以及外密封管组成，内、外密封管均采用Al2O3管，中间填充保温材料构成保温层。所述前密封端板7采用陶瓷材料制成，有O2进气口、空气进气口、Η2/Η20混合气注气孔、螺杆孔，在前密封端板7—侧的Η2/Η20混合气注气孔装有保压阀，在另一侧有用于固定管式固体氧化物电解池6、管式固体氧化物燃料电池5、以及保温密封管4的槽。所述后密封端板8采用陶瓷材料制成，有O2出气口、02/N2出气口、螺杆9孔以及阴阳极导电和正负极导线，在后密封端板8与管式固体氧化物电解池6、管式固体氧化物燃料电池5、以及保温密封管4相连接的一侧有固定槽。所述的制氧反应器3开有两个空气进气口。本技术与已有的技术相比，采用管式固体氧化物燃料电池5和管式固体氧化物电解池6组成套管式制氧反应器，降低系统复杂度，在便携式制氧以及移动式制氧领域有广泛的应用前景。【附图说明】图1是本技术的结构示意图。图2为图1的A-A剖视图。图3是本技术管式固体氧化物电解池结构示意图。图4是本技术管式固体氧化物燃料电池结构示意图。【具体实施方式】下面结合附图对本技术做进一步说明。参照图1，一种套管式电解水制氧结构，包括制氧反应器3，制氧反应器3的O2入口通过第一换热器I和O2输入管道连接，制氧反应器3的空气入口通过第二换热器2和空气管道连接，制氧反应器3的Η2/Η20入口通过保压阀11和Η2/Η20输入管道连接，制氧反应器3的O2出口通过第一换热器I和O2输出管道连接，$ij氧反应器3的02/N2出口通过第二换热器2和O2/N2输出管道连接，第一换热器I用来对制氧反应器3的进出口 O2进行换热，回收出口 O2的热量;第二换热器2用来对制氧反应器3的进口空气与出口 02/N2混合气进行换热，回收出口 O2/N2混合气的热量。参照图2，所述的制氧反应器3包括保温密封管4、管式固体氧化物燃料电池5、管式固体氧化物电解池6，管式固体氧化物电解池6、管式固体氧化物燃料电池5以及保温密封管4按照由内到外的顺序组成三层套管，三层套管的两端安装前密封端板7和后密封端板8，采用螺杆9和螺母10将前密封端板7和后密封端板8固定连接;在使用过程中，在管式固体氧化物电解池6的正负极间输入1.2V-2.0V的电压，在正极侧发生正极反应消耗H20、产生H2，在负极侧发生负极反应产生02;于此同时，在管式固体氧化物燃料电池5两侧输出0.6V-0.9V的电压，在阳极侧发生阳极反应消耗出、产生H2O,在阴极侧发生阴极反应消耗空气中02，所产生的电能通过DC/DC变压器升压后输入到管式固体氧化物电解池6中。参照图3，所述管式固体氧化物电解池6由正极、负极以及第一固体氧化物电解质组成，内侧为负极，外侧为正极，正负极中间是第一固体氧化物电解质，工作温度范围为6000C-1OOO0C，工作压力范围为0.lMPa-30M当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种套管式电解水制氧结构，包括制氧反应器(3)，制氧反应器(3)的O2入口通过第一换热器(1)和O2输入管道连接，制氧反应器(3)的空气入口通过第二换热器(2)和空气管道连接，制氧反应器(3)的H2/H2O入口通过保压阀(11)和H2/H2O输入管道连接，制氧反应器(3)的O2出口通过第一换热器(1)和O2输出管道连接，制氧反应器(3)的O2/N2出口通过第二换热器(2)和O2/N2输出管道连接，其特征在于：所述的制氧反应器(3)包括保温密封管(4)、管式固体氧化物燃料电池(5)、管式固体氧化物电解池(6)，管式固体氧化物电解池(6)、管式固体氧化物燃料电池(5)以及保温密封管(4)按照由内到外的顺序组成三层套管，三层套管的两端安装前密封端板(7)和后密封端板(8)，采用螺杆(9)和螺母(10)将前密封端板(7)和后密封端板(8)固定连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：许世森，王洪建，程健，张瑞云，王鹏杰，任永强，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11
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