CN102477566A - 一种用于电解池的自动保护系统和方法以及电解池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于电解池的自动保护系统和方法以及电解池，该用于电解池的自动保护系统包括：开关单元，连接在电解池的阳极、阴极以及电源构成的电路中；电路参数检测单元，连接在所述电路中，用于检测所述电路中的电路参数；电解液参数检测单元，用于安装在电解池中，检测电解液的电解液参数；控制单元，与所述开关单元、所述电路参数检测单元、所述电解液参数检测单元连接，所述控制单元用于接收来自所述电路参数检测单元的电路参数、以及来自所述电解液参数检测单元的电解液参数，分别判断所接收到的电路参数和/或电解液参数是否满足断开条件，并在满足所述断开条件时控制所述开关单元断开。从而能够自动地保护电解池的安全。

Description

一种用于电解池的自动保护系统和方法以及电解池

技术领域

本发明涉及自动控制领域，具体涉及一种用于电解池的自动保护系统和方法、以及包括该自动保护系统的电解池。

背景技术

目前，在电解池电解过程中，例如在碱性电解池或固态聚合物(SPE)水电解池的电解过程中，往往难以实现对电解过程进行自动监控，因此经常出现了故障而没有被及时发现，容易导致电解池尤其是电解池中的电解液被损坏；而当电解液被损坏时，则整个电解池基本上就被全部废弃，严重浪费了资源，提高了生产成本。尤其是对于SPE水电解池来说，虽然其具有绿色环保，能耗低，体积小等诸多优点，但是由于其离子膜比碱性电解池的石棉隔膜更薄，氢氧压差控制需要更为精密，因此使得自动控制难度更大，这严重限制了SPE水电解池在工业生产过程中的推广应用。如果电解池出现故障而没有被及时发现，则可能会损坏电解池，甚至引起电解池所在的系统发生更大的事故。如果采用人工监控，则会浪费人力资源并且不便于及时发现电解池出现了故障。

发明内容

针对现有技术中对电解池的电解过程出现了故障时难以实现自动控制、容易导致电解池尤其是电解液受到损坏的问题，本发明提供一种能够在电解过程中对电解池实现自动保护的用于电解池的自动保护系统和方法以及包括该自动保护系统的电解池。

本发明的发明人在工作过程中发现，当电解池出现异常情况时，电解池的某一个或多个参数通常会明显偏离正常状态下对应的值，例如电解池的阴极、阳极、连接在阳极和阴极之间的电源所在的电路中的电压、电流，电解池的电解液的温度、水电导、流量等等。

结合以上规律，本发明提供一种用于电解池的自动保护系统，该系统包括：开关单元，连接在电解池的阳极、阴极以及电源构成的电路中；电路参数检测单元，连接在所述电路中，用于检测所述电路中的电路参数；电解液参数检测单元，用于安装在电解池中，检测电解液的电解液参数；控制单元，与所述开关单元、所述电路参数检测单元、所述电解液参数检测单元连接，所述控制单元用于接收来自所述电路参数检测单元的电路参数、以及来自所述电解液参数检测单元的电解液参数，分别判断所接收到的电路参数和/或电解液参数是否满足断开条件，并在满足所述断开条件时控制所述开关单元断开。

本发明还提供一种电解池，该电解池包括上述用于电解池的自动保护系统。

本发明还提供一种用于电解池的自动保护方法，该方法包括：1)检测电解池的阳极、阴极以及电源构成的电路中的电路参数；2)检测电解池的电解液中的电解液参数；3)判断所检测到的电路参数和/或电解液参数是否满足断开条件；以及4)在满足所述断开条件时断开所述电路。

根据本发明提供的用于电解池的自动保护系统，在电解池的阳极、阴极、电源所构成的电路中加入了开关单元，并可以对电路参数和电解液参数进行检测，从而在满足断开条件时控制所述开关单元断开，由此在电解池出现异常时能够自动切断电路，实现了对电解池的自动保护，且能够有效避免在电解液参数异常时电解液受到损坏，提高了电解池系统连续、可靠、长时间运行能力，能够促进SPE水电解池的产业化应用。本发明提供的包括该自动保护系统的电解池以及用于电解池的自动保护方法也具有上述优点。

附图说明

图1为根据本发明一种实施方式提供的用于电解池的自动保护系统的示意性框图；

图2为在采用了本发明提供的用于电解池的自动保护系统的情况下电压和电流随时间变化的曲线图；

图3为在采用了本发明提供的用于电解池的自动保护系统的情况下电流和温度随时间变化的曲线图；

图4为在采用了本发明提供的用于电解池的自动保护系统的情况下电流随时间变化的曲线图；

图5为本发明一种实施方式提供的用于电解池的自动保护方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的了一种用于电解池的自动保护系统，该系统包括：开关单元150，该开关单元150连接在电解池的阳极110、阴极120以及电源130构成的电路中；电路参数检测单元160，连接在所述电路中，用于检测所述电路中的电路参数；电解液参数检测单元170，用于安装在电解池中，检测电解液140的电解液参数；控制单元180，与所述开关单元150、所述电路参数检测单元160、所述电解液参数检测单元170连接，所述控制单元180用于接收来自所述电路参数检测单元160的电路参数、以及来自所述电解液参数检测单元170的电解液参数，分别判断所接收到的电路参数和/或电解液参数是否满足断开条件，并在满足所述断开条件时控制所述开关单元150断开。从而在电解池出现异常时断开开关单元150，能够实现自动地保护电解池的安全，尤其是避免了电解液参数异常时对电解液造成的损坏。

其中所述开关单元150可以用于接通或切断电解池阴极120、阳极110与电源130之间的电路，其可以为能够在控制单元180的控制下断开的常规开关单元150，例如可以为继电器或接触开关等等。

所述电路参数检测单元160可以连接在电解池的阳极110、阴极120以及电源130构成的电路中，用于检测该电路中的电路参数，例如电压、电流等，并将所检测到的电路参数传送给所述控制单元180，电路参数检测单元160可以包括电压传感器、电流传感器等。

所述电解液参数检测单元170可以安装在电解池的电解液140中，用于检测电解液的电解液参数，并将所检测到的电解液参数传送给所述控制单元180，电解液参数检测单元170可以包括温度传感器、流量计、水电导传感器等。

所述控制单元180中可以预先存储断开条件，例如可以为参数之间的关系等，断开条件可以根据具体需要来设定，也可以预先存储预定的电路参数或预定的电解液参数，例如预定电压、预定电流、预定温度、预定水电导、预定流量等等。控制单元180可以为芯片、控制器、集成电路、CPU等，其可以由一个或多个组件构成，举例来说，可以由上位机和下位机组成，其中上位机可以为个人电脑等，下位机可以为单片机、收发模块等，并通过R232接口与上位机连接，以用于获取电路参数检测单元160检测到的电路参数以及电解液参数检测单元170检测到的电解液参数并传送给上位机。

其中电路参数检测单元160、电解液参数检测单元170以及控制单元180所执行的动作可以每隔预定时间执行一次，该预定时间可以为预先设定好的时间，例如取值范围可以为0.01-600s，例如为1s。可选地，在所接收到的电路参数和电解液参数中的一者满足断开条件时，控制单元180就可以控制所述开关单元150断开。其中为了使得控制更加准确，所述断开条件优选为同时包括两者，即来自所述电路参数检测单元160的电路参数和来自所述电解液参数检测单元170的电解液参数都满足断开条件时，可以判断电解池出现了异常，所述控制单元180控制所述开关单元150断开。可替换地，所述用于电解池的自动保护系统也可以仅包括电路参数检测单元160、电解液参数检测单元170中的一者，相应地，控制单元可以仅判断所接收到的电路参数是否满足断开条件、或者仅判断所接收到的电解液参数是否满足断开条件，并在其中一者满足对应的断开条件时控制开关单元150断开。

根据一种实施方式，所述电路参数检测单元160包括电压检测单元和/或电流检测单元，用于检测所述电路中的电压和/或电流，所述电路参数包括所述电路中的电压和/或电流，所述断开条件包括来自所述电压检测单元的电压大于预定电压和/或来自所述电流检测单元的电流大于预定电流。其中电路参数检测单元160优选为电压检测单元，预定电压、预定电流可以预先设定好并存储在控制单元180中。

当电路参数检测单元160为电压检测单元时，其用于检测所述电路中任一点处的电压并传送给所述控制单元180，控制单元180可以将该电压与预定电压进行比较，该预定电压可以为预先设定的，例如，预定电压取值范围为1.3-2.0V，优选为1.8V；当电路参数检测单元为电压检测单元时，其用于检测所述电路中的电流并传送给所述控制单元180，控制单元180可以将该电流与预定电流进行比较，该预定电流可以为预先设定的，例如预定电流取值范围为10-200A，优选为141A。

根据一种实施方式，所述电解液参数检测单元170包括温度检测单元、水电导检测单元以及流量检测单元中的至少一者，所述电解液参数包括所述电解液140中的温度、水电导以及流量中的至少一者，所述断开条件包括来自所述温度检测单元的温度大于预定温度、来自所述水电导检测单元的水电导大于预定水电导以及来自所述流量检测单元的流量小于预定流量中的至少一者。其中电解液参数检测单元170优选为温度检测单元，预定温度、预定水电导以及预定流量可以预先设定好并存储在控制单元180中。

当电解液参数检测单元170为温度检测单元时，其用于检测电解液140的温度并将该温度传送给控制单元180，控制单元180可以将该温度与预定温度进行比较，该预定温度可以为预先设定的，例如取值范围为40-100℃，优选为65℃；当电解液参数检测单元170为水电导检测单元时，其用于检测电解液140的水电导并将该水电导传送给控制单元180，控制单元180可以将该水电导与预定水电导进行比较，该预定水电导可以为预先设定的，例如取值范围为10-50μS；当电解池检测单元为流量检测单元时，其用于检测电解液140的流量并将该流量传送给控制单元180，控制单元180可以将该流量与预定流量进行比较，该预定流量可以为预先设定的，例如取值范围为0.2-30L/min。

可替换地，所述用于电解池的自动保护系统可以仅包括所述电压检测单元、电流检测单元、温度检测单元、水电导检测单元、流量检测单元中的任意一者或者包括多者的组合，相应地，控制单元180可以通过将上述检测单元所检测到的电压、电流、温度、水电导、流量中的任意一者与对应的预定值进行比较，进而判断是否满足断开条件，并在满足所述断开条件时控制所述开关单元150断开；或者通过将所检测到的电压、电流、温度、水电导、流量中的多者分别与对应的预定值进行比较，进而判断是否满足断开条件，并在满足所述断开条件时控制所述开关单元150断开。例如，将所检测到的电压和温度分别与预定电压和预定温度进行比较，当所检测到的电压大于预定电压并且所述温度大于预定温度时，判断满足断开条件，断开开关单元150。

优选地，当所述控制单元180可以在控制所述开关单元150断开时，发出报警信号，从而能够使得工作人员得知电解池出现了故障并及时进行处理。

下面通过举例来对本发明提供的用于电解池的自动保护系统进行验证说明。

图2为在采用了本发明提供的用于电解池的自动保护系统的情况下电压和电流随时间变化的曲线图，其中采用了电压检测单元作为电路参数检测单元160，预定电压设定为1.8V，可选地，可以使用电流检测单元来验证电路是否断开，电解过程中每秒检测电路中的电压和电流一次。从图2可以看出，最初电压小于1.8V时，电流为80A，电路处于接通状态；当电压达到1.8V时，满足了断开条件，控制单元180控制开关单元150断开，从而切断电路，电路中的电流降为0A。从而在电解池的阳极110、阴极120、以及电源130所构成的电路中任一点处的电压出现异常时自动断开电路，实现了对电解池的自动保护。

图3为在采用了本发明提供的用于电解池的自动保护系统的情况下电流和温度随时间变化的曲线图，其中采用了温度检测单元作为电解液参数检测单元170，预定温度设定为65℃，可选地，可以使用电流检测单元来验证电路是否断开，电解过程中每秒检测电流和温度一次。由图3可以看出，当电解液140的温度低于65℃时，电流为80A，电路处于接通状态；当电池温度达到65℃时，满足了断开条件，控制单元180控制开关单元150断开，从而切断电路，电路中的电流降为0A。从而在电解液140的温度出现异常时自动断开电路，实现了对电解池的自动保护。

图4为在采用了本发明提供的用于电解池的自动保护系统的情况下电流随时间变化的曲线图，其中采用了电流检测单元来作为电路参数检测单元160，预定电流设定为140A，电解过程中每秒检测电流一次。如图4所示，最初电流小于140A，电路处于接通状态；在109秒电流升高到141A，满足了断开条件，则控制单元180控制开关单元150断开，从而切断电路，电流降为0A。从而在电解池的阳极110、阴极120、以及电源130所构成的电路中的电流出现异常时自动断开电路，实现了对电解池的自动保护。

从以上实例可以看出，所述用于电解池的自动保护系统能够在电解池出现异常时能够自动切断电解池的阳极110、阴极120、电源130所在的电路，可以有效地保护电解池尤其是SPE水电解池的安全。

另外，本发明还提供一种电解池，该电解池包括上述用于电解池的自动保护系统。

本发明还提供一种用于电解池的自动保护方法，如图5所示，该方法包括以下步骤：在步骤501，检测电解池的阳极110、阴极120以及电源130构成的电路中的电路参数；在步骤502，检测电解池的电解液140中的电解液参数；在步骤503，判断所检测到的电路参数和/或电解液参数是否满足断开条件。如果满足所述断开条件，则在步骤504，断开所述电路。否则，可以继续进行检测。从而在出现异常时可以断开开关单元150，能够自动保护电解池的安全，避免了电解液参数异常时对电解液造成的损坏。

其中断开条件可以是预先设定的，例如可以为参数之间的关系等，断开条件可以根据具体需要来设定，也可以预先设定预定的电路参数或预定的电解液参数，例如预定电压、预定电流、预定温度、预定水电导、预定流量等等。上述方法可以每隔预定时间执行一次，该预定时间可以为预先设定好的时间，例如取值范围可以为0.01-600s，例如为1s。可选地，在检测到的电路参数和电解液参数中的一者满足对应的断开条件时，就可以断开所述电路。其中为了使得控制更加准确，所述断开条件优选为同时包括两者，即检测到的电路参数和电解液参数都满足断开条件时，可以判断电解池出现了异常，断开所述电路。可替换地，可以仅判断所检测到的电路参数是否满足断开条件、或者仅判断所检测到的电解液参数是否满足断开条件，并在其中一者满足对应的断开条件时控制开关单元150断开。

根据一种实施方式，其中所述电路参数包括所述电路中的电压和/或电流，所述断开条件包括检测到的电压大于预定电压和/或检测到的电流大于预定电流。其中所述电路参数优选为电压，预定电压、预定电流可以预先设定好。

具体来说，当检测的电路参数为所述电路中任一点处的电压时，可以将该电压与预定电压进行比较，该预定电压可以为预先设定的，例如，预定电压取值范围为1.3-2.0V，优选为1.8V；当检测的电路参数为所述电路中的电流时，可以将该电流与预定电流进行比较，该预定电流可以为预先设定的，例如预定电流取值范围为10-200A，优选为141A。

根据一种实施方式，所述电解液参数包括所述电解液140中的温度、水电导以及流量中的至少一者，所述断开条件包括检测到的温度大于预定温度、检测到的水电导大于预定水电导以及检测到的流量小于预定流量中的至少一者。其中所述电解液参数优选为温度。

当所检测的电解液参数为温度时，可以将该温度与预定温度进行比较，该预定温度可以为预先设定的，例如取值范围为40-100℃，优选为65℃；当所检测的电解液参数为水电导时，可以将该水电导与预定水电导进行比较，该预定水电导可以为预先设定的，例如取值范围为10-50μS；当所检测的电解液参数为流量时，可以将该流量与预定流量进行比较，该预定流量可以为预先设定的，例如取值范围为0.2-30L/min。

可替换地，可以通过将上述检测到的电压、电流、温度、水电导、流量中的任意一者与对应的预定值进行比较，进而判断是否满足断开条件，并在满足所述断开条件时是否断开所述电路；或者通过将所检测到的值电压、电流、温度、水电导、流量中的多者分别与对应的预定值进行比较，进而判断是否满足断开条件，并在满足所述断开条件时是否断开所述电路。例如，将所检测到的电压和温度分别与预定电压和预定温度进行比较，当所检测到的电压大于预定电压并且所述温度大于预定温度时，判断满足断开条件，断开所述电路。

优选地，所述方法还可以包括：在步骤505，在断开所述电路之后，发出报警信号，从而能够使得工作人员得知电解池出现了故障并及时进行处理。

需要理解的是，上面的描述只是对本发明做出解释而不是来限定本发明的，本领域内技术人员根据本发明不经创造性劳动而做出的任何修改及变化都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于电解池的自动保护系统，该系统包括：

开关单元(150)，连接在电解池的阳极(110)、阴极(120)以及电源(130)构成的电路中；

电路参数检测单元(160)，连接在所述电路中，用于检测所述电路中的电路参数；

电解液参数检测单元(170)，用于安装在电解池中，检测电解液(140)的电解液参数；

控制单元(180)，与所述开关单元(150)、所述电路参数检测单元(160)、所述电解液参数检测单元(170)连接，所述控制单元(180)用于接收来自所述电路参数检测单元(160)的电路参数、以及来自所述电解液参数检测单元(170)的电解液参数，分别判断所接收到的电路参数和/或电解液参数是否满足断开条件，并在满足所述断开条件时控制所述开关单元(150)断开。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述电路参数检测单元(160)包括电压检测单元和/或电流检测单元，所述电路参数包括所述电路中的电压和/或电流，所述断开条件包括来自所述电压检测单元的电压大于预定电压和/或来自所述电流检测单元的电流大于预定电流。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述电解液参数检测单元(170)包括温度检测单元、水电导检测单元以及流量检测单元中的至少一者，所述电解液参数包括所述电解液(140)中的温度、水电导以及流量中的至少一者，所述断开条件包括来自所述温度检测单元的温度大于预定温度、来自所述水电导检测单元的水电导大于预定水电导以及来自所述流量检测单元的流量小于预定流量中的至少一者。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述开关单元(150)为继电器或接触开关。

5.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述控制单元(180)在控制所述开关单元(150)断开之后，发出报警信号。

6.一种电解池，该电解池包括权利要求1-5中任一项权利要求所述的用于电解池的自动保护系统。

7.一种用于电解池的自动保护方法，该方法包括：

1)检测电解池的阳极(110)、阴极(120)以及电源(130)构成的电路中的电路参数；

2)检测电解池的电解液(140)的电解液参数；

3)判断所检测到的电路参数和/或电解液参数是否满足断开条件；以及

4)在满足所述断开条件时断开所述电路。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述电路参数包括所述电路中的电压和/或电流，所述断开条件包括检测到的电压大于预定电压和/或检测到的电流大于预定电流。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中所述电解液参数包括所述电解液(140)中的温度、水电导以及流量中的至少一者，所述断开条件包括检测到的温度大于预定温度、检测到的水电导大于预定水电导以及检测到的流量小于预定流量中的至少一者。

10.根据权利要求7或8所述的方法，该方法还包括：

5)在断开所述电路之后，发出报警信号。

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