一种高温固体氧化物燃料电池电堆温度测量装置的制作方法

1.本发明涉及高温固体氧化物燃料电池技术领域，更具体的说是涉及一种高温固体氧化物燃料电池电堆温度测量装置。


背景技术：

2.能源的需求和经济发展息息相关，无论从经济可持续发展需要还是人类生存环境角度考虑，节能减排迫在眉睫；在节能减排的实现方案中，提高能源利用效率是最有效的办法；燃料电池是一种通过电化学反应把燃料的化学能直接转化为电能的发电装置，其中高温固体氧化物燃料电池是一种使用陶瓷膜的燃料电池，工作温度一般在700℃以上，可使用氢气作为燃料，也可以使用天然气、煤制合成气等碳基燃料；由于其在工作时不需要经过燃烧过程，效率不受卡诺循环的限制，提高了发电效率，同时极大的降低了污染，是新一代的燃料电池技术；固体氧化物燃料电池的工作性能及使用寿命受工作温度影响，过大的热梯度会引起燃料电池的机械损坏，一些内部缺陷也会引起局部过热。
3.目前的研究主要是通过对固体氧化物燃料电池的建模与仿真来获取燃料电池的温度分布情况，而且都对模型进行了不同程度的简化处理，在实际测量燃料电池温度时几乎全部采用热电偶测量方法，热电偶测温虽然准确，但是只能得到几个特殊测量点的温度，难以满足燃料电池温度测量需求。
4.因此，如何提供一种结构简单，响应迅速，且能够依据需求对燃料电池的不同位置进行测量的装置，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种高温固体氧化物燃料电池电堆温度测量装置，旨在解决上述技术问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种高温固体氧化物燃料电池电堆温度测量装置，包括：
8.燃料电池；
9.三自由度直角坐标机械手；所述三自由度直角坐标机械手布置在所述燃料电池的电堆气道的一侧；
10.测量机构；所述测量机构安装在所述三自由度直角坐标机械手的工作端，且能够插入所述电堆气道内，并用于对所述电堆气道进行温度测量。
11.通过上述技术方案，本发明提供的一种高温固体氧化物燃料电池温度测量装置中，包括燃料电池、三自由度直角坐标机械手和测量机构；通过三自由度直角坐标机械手的工作端带动测量机构，对燃料电池的电堆气道内部进行温度测量；本发明结构简单，响应迅速，能够依据需求对燃料电池不同位置进行温度测量。
12.优选的，在上述一种高温固体氧化物燃料电池电堆温度测量装置中，所述测量机构包括光纤固定装置和光纤阵列；所述光纤固定装置固定安装在所述工作端上；所述光纤
阵列由多根石英光纤构成；所述石英光纤的一端与所述光纤固定装置连接，另一端指向所述电堆气道。结构简单稳定，石英光纤能够承受极高的温度，并且光纤直径小，可以不改变燃料电池的电堆气道结构，可直接伸入电堆出气道内。
13.优选的，在上述一种高温固体氧化物燃料电池电堆温度测量装置中，所述石英光纤上连接有后置处理模块，并通过所述后置处理模块将所述石英光纤测得的热辐射功率传导至信号处理机构。结构简单稳定。
14.优选的，在上述一种高温固体氧化物燃料电池电堆温度测量装置中，所述后置处理模块包括陶瓷黑体腔和光纤传感线；所述陶瓷黑体腔固定在所述石英光纤中部；所述光纤传感线贴合在所述石英光纤上，且位于所述陶瓷黑体腔和所述信号处理机构之间。结构简单稳定。
15.优选的，在上述一种高温固体氧化物燃料电池电堆温度测量装置中，所述信号处理机构包括光电探测器、信号处理单元和上位机；所述光电探测器接收所述石英光纤经过所述陶瓷黑体腔和所述光纤传感线转化的热辐射数据；所述信号处理单元接收所述光电探测器的信号，并转化成对应温度的电压值；所述上位机保存所述信号处理单元转化的数据，实现对所述电堆气道的温度测量和监测。结构简单稳定。
16.优选的，在上述一种高温固体氧化物燃料电池电堆温度测量装置中，所述石英光纤的外侧套设有陶瓷管，所述陶瓷管包裹所述陶瓷黑体腔和所述光纤传感线。结构简单稳定，陶瓷管的设置可以有效防止石英光纤的断裂。
17.优选的，在上述一种高温固体氧化物燃料电池电堆温度测量装置中，所述石英光纤的数量至少为2根。工作端夹持多根石英光纤组成的光纤阵列运动，能测量电堆气道内部不同位置的温度，提高了温度测量效率。
18.优选的，在上述一种高温固体氧化物燃料电池电堆温度测量装置中，所述三自由度直角坐标机械手上安装有光栅尺。结构简单，通过高速计数器采集到光栅尺测得的三自由度直角坐标机械手位置信息，可以得到电堆气道的温度分布。
19.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种高温固体氧化物燃料电池电堆温度测量装置，具有以下有益效果：
20.1、结构简单，响应迅速。
21.2、能够依据需求对电堆气道内部不同位置的温度进行测量，且能够提高温度测量效率。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
23.图1附图为本发明提供的高温固体氧化物燃料电池电堆温度测量装置的结构示意图；
24.图2附图为本发明提供的测量机构的结构示意图；
25.图3附图为本发明提供的石英光纤温度测量系统框图。
26.其中：
[0027]1‑
燃料电池；
[0028]
11
‑
电堆气道；
[0029]2‑
三自由度直角坐标机械手；
[0030]
21
‑
工作端；
[0031]3‑
测量机构；
[0032]
31
‑
光纤固定装置；32光纤阵列；321
‑
石英光纤；
[0033]4‑
后置处理模块；
[0034]
41
‑
陶瓷黑体腔；42
‑
光纤传感线；
[0035]5‑
信号处理机构；
[0036]
51
‑
光电探测器；52
‑
信号处理单元；53
‑
上位机；
[0037]6‑
陶瓷管。
具体实施方式
[0038]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]
参见附图1至附图3，本发明实施例公开了一种高温固体氧化物燃料电池电堆温度测量装置，包括：
[0040]
燃料电池1；
[0041]
三自由度直角坐标机械手2；三自由度直角坐标机械手2布置在燃料电池1的电堆气道11的一侧；
[0042]
测量机构3；测量机构3安装在三自由度直角坐标机械手2的工作端21，且能够插入电堆气道11内，并用于对电堆气道11进行温度测量。
[0043]
为了进一步优化上述技术方案，测量机构3包括光纤固定装置31和光纤阵列32；光纤固定装置31固定安装在工作端21上；光纤阵列32由多根石英光纤321构成；石英光纤321的一端与光纤固定装置31连接，另一端指向电堆气道11。
[0044]
为了进一步优化上述技术方案，石英光纤321上连接有后置处理模块4，并通过后置处理模块4将石英光纤321测得的热辐射功率传导至信号处理机构5。
[0045]
为了进一步优化上述技术方案，后置处理模块4包括陶瓷黑体腔41和光纤传感线42；陶瓷黑体腔41固定在石英光纤321中部；光纤传感线42贴合在石英光纤321上，且位于陶瓷黑体腔41和信号处理机构5之间。
[0046]
为了进一步优化上述技术方案，信号处理机构5包括光电探测器51、信号处理单元52和上位机53；光电探测器51接收石英光纤321经过陶瓷黑体腔41和光纤传感线42转化的热辐射数据；信号处理单元52接收光电探测器51的信号，并转化成对应温度的电压值；上位机53保存信号处理单元52转化的数据，实现对电堆气道11的温度测量和监测。
[0047]
为了进一步优化上述技术方案，石英光纤321的外侧套设有陶瓷管6，陶瓷管6包裹陶瓷黑体腔41和光纤传感线42。
[0048]
为了进一步优化上述技术方案，石英光纤321的数量至少为2根。
[0049]
为了进一步优化上述技术方案，三自由度直角坐标机械手2上安装有光栅尺。
[0050]
本发明的具体实施方式为：
[0051]
在测量电堆气道11温度时，通过三自由度直角坐标机械手2工作端21夹持多根石英光纤321运动，对电堆气道11内部的温度进行测量，石英光纤321经过陶瓷黑体腔41和光纤传感线42转化的热辐射数据，传递至光电探测器51，信号处理器52接收光电探测器51的信号，并转化成对应温度的电压值，由上位机53将转化的数据进行保存，同时，由高速计数器采集到光栅尺测得的机械手位置信息，最终可以对电堆气道11不同的位置进行温度测量并得到电堆气道11的温度分布，从而提高温度测量效率。
[0052]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0053]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。