[实用新型]气体加热装置及系统

说明书

技术领域

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气体加热装置及系统。

背景技术

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（O^2-），在化学势的作用下，氧离子（O^2-）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。

固体氧化物燃料电池通常工作温度较高，一般需要700℃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。

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℃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。然而，这需要将高温气体不断通入核心电池堆中，加热气体的装置不能是密封装置，而是一个敞开环境，现有技术将大量气体在敞开环境下加热到700℃以上需要消耗大量的能源，不容易实现。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种气体加热装置，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。

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。

所述管道为耐受温度可达900℃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℃，或者采用不锈钢管316L，耐受温度为1000℃

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℃，所述石英布的熔点为1710℃，可耐高温在1200℃，由此构成的耐高温绝缘保护层的耐热和绝缘效果都很好。

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℃。

优选的，所述电阻丝选择可以加热到1300℃以上的电阻丝。

在固体氧化物燃料电池堆系统中，需要向核心电池堆按照一定流量通入不含水分和杂质的气体（水分和杂质，都会导致核心电池堆反应效率降低，也可能会导致核心电池堆发生危险），为此，本实用新型还提出了一种采用如上气体加热装置的加热系统，其还包括气泵、冷凝干燥器、过滤器、储气罐、流量控制装置。

气泵将需要加热的气体，依次通入冷凝干燥器中进行冷凝干燥除去水分，通入过滤器中滤除杂质，再通入储气罐中，最后经由流量控制装置进行流量控制，从而以固定的流量进入气体加热装置。

其中，气泵在开启和停止时气体流量会出现波动，储气罐内暂时储存的具有一定压力的气体，可以防止流量产生过大的波动，同时还可以减少气泵重复开启和停止的次数，延长气泵使用寿命。

优选的，所述气泵为无油气泵，避免了油份进入核心电池堆，在温度较高的情况下可能爆炸的危险。

优选的，在冷凝干燥器前增加一过滤器，以实现多重过滤，将杂质滤除的更为彻底。

所述流量控制装置，包括减压阀、稳压阀、控制阀、流量计。经过冷凝干燥和过滤处理后的气体，由储气罐依次进入减压阀进行减压和稳压阀进行稳压后，再经过控制阀按照一定的气体流量通入流量计，最后进入气体加热装置。