[實用新型]一種基于固體電解質的電化學氫氣傳感器

有效

• 申請號: 201921101612.4
• 申請日: 2019-07-15
• 公開（公告）號: CN211148510U
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 任明軍;羅沙;覃亮;趙志培;趙羅生;趙文江
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一八研究所
• 主分類號: G01N27/407
• 分類號: G01N27/407;G01N27/30
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 劉芳

本實用新型提供一種基于固體電解質的電化學氫氣傳感器，由陶瓷膜電極集合體、電加熱裝置和密封組件組成；陶瓷膜電極集合體為一端開口的管狀結構，電加熱裝置的加熱端伸入陶瓷膜電極集合體中，并通過密封組件進行固定密封；陶瓷膜電極集合體主要由陶瓷電解質管、參比電極、參比電極端集流體、工作電極和工作電極端集流體組成；陶瓷電解質管內部封裝參比電極，陶瓷電解質管外部封口端為工作電極，在參比電極側，參比電極端集流體一端伸入到參比電極中，另一端延伸至陶瓷電解質管外壁并連接信號電纜，在工作電極側，工作電極端集流體一端深入到工作電極中，另一端延伸并連接信號電纜。該傳感器能夠排除環境溫度波動造成的異常或者不穩定。

技術領域

本實用新型涉及一種基于固體電解質的電化學氫氣傳感器，屬于易燃易爆氣體濃度測量技術領域。

背景技術

核電站發生堆芯失水事故時，反應堆內燃料棒鋯合金包殼在高溫條件下與水反應生成大量氫氣，導致安全殼內氫氣濃度水平上升，有限的安全殼空間內氫氣平均濃度可達到爆炸極限，嚴重威脅安全殼的結構完整性。因此，有必要設置可靠的氫氣監測設備，以評估事故狀態，為事故管理提供決策依據。

核電站發生失水事故時，反應堆余熱被釋放到安全殼內，安全殼內處于高溫、高壓、高水蒸氣、高輻照狀態；此外，堆芯產生并釋放部分有毒裂變物質，安全殼噴淋系統運行等因素共同作用，造成安全殼內的環境條件相比一般工業過程的環境條件更加復雜。安全殼內嚴重事故后氫氣濃度監測任務對于氣體濃度監測設備技術水平的要求遠遠高于普通大氣及其它一般工業環境中氫氣監測需求。

現有技術中，氫氣濃度監測采用原位測量技術比抽出測量技術具有更高的技術難度，但由于其無需特殊的氣體處理過程或裝置，不存在潛在的氣體泄漏風險，因此具有更高的應用價值。將氫氣傳感器布置于安全殼內事故區直接獲取與氫氣濃度相關的模擬信號，是安全殼事故后氫氣濃度監測領域技術發展的重點方向。發展在高溫、高壓、高水蒸氣、高輻照狀態下可工作，能夠抵御噴淋及堆芯裂變毒物的氫氣傳感器是技術開發的最主要難點。目前，主要技術路線是基于催化復合放熱原理，包括催化燃燒和常溫催化氫氣傳感器。近來，電化學氫氣傳感器獲得了廣泛的關注，電化學氫氣傳感器包括液體電解質和固體電解質氫氣傳感器，三菱重工開發了固體電解質氫氣傳感器(WO2013/146536A1)。

固體電解質氫氣傳感器使用具有離子導電能力的固體電解質材料作為核心部件，具有工作溫度高、抗震性能好、耐輻照能力強等特點，相對于液體電解質氫氣傳感器，更適合核電站事故后氫氣濃度測量使用。已發展的固體電解質氫氣傳感器采用鍶鋯釔氧化物(SrZr_1-xYb_xO_3-δ)作為電解質，在工作電極和參比電極端分別采用貴金屬材料涂膜形成敏感電極，參比電極端封裝一定濃度的含氫氣體作為參比氣體。參比氣體中氫氣濃度發生變化將引發參比電極電位偏移，必需通過有效手段保證參比電極穩定；參比電極位于管狀固體電解質內層，成型工藝復雜。

實用新型內容

針對現有技術存在的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種基于固體電解質的電化學氫氣傳感器，該傳感器能夠排除環境溫度波動造成氫氣傳感器相應異常或者不穩定。

為實現本實用新型的目的，提供如下技術方案。

一種基于固體電解質的電化學氫氣傳感器，主要由陶瓷膜電極集合體、電加熱裝置和密封組件組成；其中，所述陶瓷膜電極集合體為一端開口的管狀結構，所述電加熱裝置的加熱端伸入陶瓷膜電極集合體中，并通過密封組件進行固定密封；

所述陶瓷膜電極集合體主要由陶瓷電解質管、參比電極、參比電極端集流體、工作電極和工作電極端集流體組成；

所述陶瓷電解質管內部封裝參比電極，所述陶瓷電解質管外部封口端為工作電極，在所述參比電極側，參比電極端集流體一端伸入到參比電極中，另一端延伸至陶瓷電解質管外壁并連接信號電纜，在所述工作電極側，工作電極端集流體一端深入到工作電極中，另一端延伸并連接信號電纜。