【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高温电解制氢领域，尤其是换热加热一体化升温领域，具体为一种用于高温电解制氢系统的换热加热一体化装置及应用。更具体地，本申请提供一种降低用于高温电解制氢系统中换热、加热装置的热应力的方法及装置。
技术介绍
1、高温电解制氢是一种通过高温条件下电解水来制备氢气的方法，其反应方程式为：2h2o(g)→2h2(g)+o2(g)。该反应需要在高温条件下进行，通常需要温度达到700℃以上。高温能够提高水分子解离成氢离子和氧离子的能量，而高压则能够促使反应向生成氢气和氧气的方向进行。
2、为了有效降低热能损耗，在高温制氢系统中，通常会采用换热装置进行热能回用。现有高温制氢系统中，大多采用换热器与电加热器组合的方式，去加热物料气体。该结构中，原料气体依次流经换热器、管道、电加热器后，再进入高温电解堆，进行电解反应。
3、现有高温制氢系统内，换热装置与加热装置需要布置在高温环境下（600-800℃），装置之间采取管道硬连接。为了提高制氢装置的集成度与效率，往往需要对设备进行紧凑布置。在高温环境下服役时，设备与连接管道受到不同温度、及热膨胀不匹配的影响，导致设备与连接管道之间往往出现较大的热应力，进而导致装置失效。
4、如何解决这一问题，成为研究人员的研发难点。
技术实现思路
1、热应力，又称变温应力，是指温度改变时，物体由于外在约束以及内部各部分之间的相互约束，使其不能完全自由胀缩而产生的应力。针对加热装置与连接管道之间、换热装置与连接管道之间受到不
2、本申请的专利技术目的之一在于，提供一种用于高温电解制氢系统的换热加热一体化装置，包括筒体、外壳保温体、换热端板、换热管、第一折流板、多孔折流板、第三折流板、加热管、防爆接线盒、冷侧进口管、冷侧出口管、热侧进口管、热侧出口管，所述换热管、加热管分别为若干个，所述第一折流板、多孔折流板、第三折流板分别为至少两个；
3、所述筒体包括第一进气端、第一换热段、第二变径连接段、第三加热段，所述第一进气端为一端开口的球体，所述第一换热段为等径管体，所述第二变径连接段为变径管体且第二变径连接段呈圆台型，所述第三加热段为一端开口的筒体，所述第三加热段采用等径设计；
4、所述第一进气端的开口端、第一换热段、第二变径连接段、第三加热段的开口端依次相连为一体并构成筒体；所述第一换热段的内径大于第三加热段的内径，所述第一换热段的中心轴线、第二变径连接段的中心轴线、第三加热段的中心轴线相互重合；
5、所述换热端板为一组，所述换热端板平行设置在第一换热段内，所述第一换热段的内壁与换热端板之间构成第一换热壳程；
6、所述第一进气端与相邻的换热端板之间形成第一换热进气空间，所述第二变径连接段的内壁与相邻的换热端板之间形成第一换热出气空间，所述换热管依次穿过换热端板且第一换热进气空间内的气体能经换热管进入第一换热出气空间内；
7、所述第一折流板为至少两个，所述第一折流板交错设置在第一换热壳程内，所述换热管依次穿过第一折流板且第一换热壳程内的气体能在第一折流板的作用下呈s形流动；
8、所述多孔折流板交错设置在第一换热出气空间内且多孔折流板能使进入第一换热出气空间内的气体充分混合并提高其湍流动能；
9、所述加热管包括用于对气体进行加热的加热工作段、用于与加热工作段相连的加热连接段，所述加热工作段呈l型，所述加热连接段的一端设置在第三加热段内，所述加热连接段的另一端穿过筒体的管壁并与加热连接段相连，所述加热连接段与防爆接线盒相连；
10、所述第三加热段内部构成第三加热空间，所述第三折流板交错设置在第三加热空间内，所述加热管穿过第三折流板且第三加热空间内的气体能在第三折流板的作用下呈s形流动；
11、所述冷侧进口管与第一换热进气空间相连且待加热的气体经第一换热进气空间进入换热管内换热后进入第一换热出气空间中，所述冷侧出口管与第三加热空间相连且第一换热出气空间内的气体经多孔折流板混合后能进入第三加热空间内加热并经冷侧出口管排出；
12、所述热侧进口管与第一换热壳程连通且经电解堆发生电解反应的气体能经热侧进口管进入第一换热壳程内，所述热侧出口管与第一换热壳程连通且第一换热壳程内的气体经换热后能经热侧出口管排出；
13、所述外壳保温体设置在筒体外壁上。
14、所述加热连接段的一端穿过第二变径连接段的管壁并与加热连接段相连。
15、所述第一进气端、第一换热段、第二变径连接段与第三加热段采用一体成型。
16、所述第一进气端的开口端、第一换热段、第二变径连接段、第三加热段的开口端依次采用焊接方式相连为一体。
17、所述外壳保温体由保温材料构成，所述保温材料缠绕在筒体的外壁上。
18、所述外壳保温体与筒体之间存在间隙。
19、所述保温材料由玻璃纤维、陶瓷纤维中的一种或多种制成。
20、所述保温材料由氧化铝与氧化硅混合而成。
21、所述保温材料由氧化铝与氧化硅按质量1:0.2~5混合而成。
22、所述保温材料由氧化铝与氧化硅按质量1:1混合而成。
23、所述换热管采用310s不锈钢制备而成。
24、所述第一换热段外壁的外壳保温体的厚度为100mm，所述第三加热段外壁的外壳保温体的厚度为300mm。
25、所述第二变径连接段的长度以满足多孔折流板、加热管安装要求即可。
26、所述第一进气端呈半球状，所述第一换热段呈圆管状，所述第一进气端的内径半径与第一换热段的内径半径相同；
27、所述第三加热段为一端开口的圆筒体；
28、所述第二变径连接段的大口端的内径半径与第一换热段的内径半径相同，所述第二变径连接段的小口端的内径半径与第三加热段的内径半径相同。
29、所述第一进气端、第一换热段、第二变径连接段与第三加热段采用同种材料制备而成。
30、所述筒体采用incoloy800合金、incoloy800h合金中的一种或多种制成。
31、所述加热工作段的制备过程如下：
32、以无缝金属管基础，在无缝金属管内填充有电热丝，并在无缝金属管内的空隙部分填满氧化镁粉，最后通过缩管形成加热工作段；
33、所述加热连接段的制备过程如下：
34、以无缝金属管基础，在无缝金属管内的空隙部分填满氧化镁粉，最后采用环氧树脂胶密封而成；
35、所述加热工作段与加热本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于高温电解制氢系统的换热加热一体化装置，其特征在于，包括筒体、外壳保温体、换热端板、换热管、第一折流板、多孔折流板、第三折流板、加热管、防爆接线盒、冷侧进口管、冷侧出口管、热侧进口管、热侧出口管，所述换热管、加热管分别为若干个，所述第一折流板、多孔折流板、第三折流板分别为至少两个；
2.根据权利要求1所述的换热加热一体化装置，其特征在于，所述第一进气端呈半球状，所述第一换热段呈圆管状，所述第一进气端的内径半径与第一换热段的内径半径相同；
3.根据权利要求1或2所述的换热加热一体化装置，其特征在于，所述第一进气端、第一换热段、第二变径连接段与第三加热段采用同种材料制备而成。
4.根据权利要求1~3任一项所述的换热加热一体化装置，其特征在于，所述加热工作段的制备过程如下：
5.一种减小高温电解制氢系统内换热加热装置之间热应力的方法，其特征在于，采用第二变径连接段代替现有加热装置与换热装置之间的连接管道，所述第二变径连接段的大口端与第一换热段直接相连，所述第二变径连接段的小口端与第三加热段直接相连，所述第一换热段的中心轴线、第二
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，采用一体式筒体作为换热、加热的主体结构；
7.根据前述权利要求1~4任一项所述的换热加热一体化装置在高温电解制氢系统中的应用。
8.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，将该换热加热一体化装置用于高温电解制氢系统中。
...【技术特征摘要】
1.一种用于高温电解制氢系统的换热加热一体化装置，其特征在于，包括筒体、外壳保温体、换热端板、换热管、第一折流板、多孔折流板、第三折流板、加热管、防爆接线盒、冷侧进口管、冷侧出口管、热侧进口管、热侧出口管，所述换热管、加热管分别为若干个，所述第一折流板、多孔折流板、第三折流板分别为至少两个；
2.根据权利要求1所述的换热加热一体化装置，其特征在于，所述第一进气端呈半球状，所述第一换热段呈圆管状，所述第一进气端的内径半径与第一换热段的内径半径相同；
3.根据权利要求1或2所述的换热加热一体化装置，其特征在于，所述第一进气端、第一换热段、第二变径连接段与第三加热段采用同种材料制备而成。
4.根据权利要求1~3任一项所述的换热加热一体...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖国萍，曹源大雷，崔天成，孙亚，张礼格，严慧娟，王建强，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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