CN111188047A - 制氢冷凝水回流差压输出系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种制氢冷凝水回流差压输出系统，包括氢气捕滴器，具有第一入口、第一氢气出口和冷凝液出口，氧气分离器，具有第二入口、第一氧气出口和电解液出口，第一调节阀，具有第二氢气入口和第二氢气出口，所述第二氢气入口和第二氢气出口之间为氢气通道，所述氢气通道内设置有第一差压单元，第二调节阀，具有第三氧气入口和第三氧气出口，所述第三氧气入口和第三氧气出口之间为氧气通道，所述氧气通道内设置有第二差压单元。本发明利用两个调节阀控制氢气压力始终大于氧气压力，并可以通过调整弹簧压力来调整两者之间的压力差，实现氢气、氧气错时收集，以及冷凝液的自动回收。

Description

制氢冷凝水回流差压输出系统

技术领域

本发明涉及水电解制氢设备技术领域，具体地涉及一种制氢差压输出系统。

背景技术

全球气候变暖，环境恶化，石油资源减少，各国都在积极发展新能源，氢能被广泛认可作为清洁能源应用于燃料电池系统，现阶段已批量应用于市场，例如燃料电池汽车和加氢站。目前主要通过水解制氢装置来制备氢气，水解制氢装置产生的气体包括氢气和氧气。

但是现有的制氢系统中，含氧的冷凝水的回收是个大问题，很多情况下需要另外设置一个回收系统，浪费成本；另外氢气回收时的压力控制也是一个问题，氢气氧气压力相同的话，对于制氢的纯度有影响。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种制氢冷凝水回流差压输出系统。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种制氢冷凝水回流差压输出系统，包括

一氢气捕滴器，具有第一入口、第一氢气出口和冷凝液出口，

一氧气分离器，具有第二入口、第一氧气出口和电解液出口，

一第一调节阀，具有第二氢气入口和第二氢气出口，所述第二氢气入口与所述氢气捕滴器的第一氢气出口连通，所述第二氢气入口和第二氢气出口之间为氢气通道，所述氢气通道内设置有第一差压单元，

一第二调节阀，具有第三氧气入口和第三氧气出口，所述第三氧气入口与所述氧气分离器的第一氧气出口连通，所述第三氧气入口和第三氧气出口之间为氧气通道，所述氧气通道内设置有第二差压单元，

所述第一调节阀的第一差压单元的两侧分别接受氢气通道内氢气的压力和复合压力；所述复合压力为进入所述第二调节阀的氧气入口的氧气压力与一压簧对所述第一差压单元的压力之和；

所述第二调节阀的第二差压单元的两侧分别接受氧气通道内氧气的压力和氢气压力；所述氢气压力等于进入所述第一调节阀的氢气入口的氢气压力。

优选的，所述氢气捕滴器的第一入口通过管路连接水电解槽和冷却器，用于接收其传输而来的含有饱和水蒸气的氢气，所述第一氢气出口设置在所述氢气捕滴器的上方，所述冷凝液出口设置在所述氢气捕滴器的下方，所述氢气捕滴器内部设置有透水隔膜，用于分隔所述第一氢气出口和冷凝液出口。

优选的，所述氧气分离器的第二入口通过管路连接水电解槽，用于接收水电解槽传输而来的内含氧气的电解液，其设置在所述氧气分离器的上方，所述第一氧气出口设置在所述氧气分离器的侧方，所述电解液出口设置在所氧气分离器的下方，并与所述水电解槽的槽底连通。

优选的，所述第一调节阀由第一阀盖和第一阀体螺接固定而成，二者中空形成一个内部空间，所述第一差压单元被螺栓紧固于所述第一阀盖和第一阀体之间，所述内部空间被所述第一差压单元分隔成第一氢气腔和第一氧气腔，所述第一氢气腔与所述第二氢气入口和第二氢气出口相连通，位于所述第一氧气腔一侧的隔断件的表面上抵设有所述压簧。

优选的，所述第二调节阀由第二阀盖和第二阀体螺接固定而成，二者中空形成一个内部空间，所述第二差压单元被螺栓紧固于所述第二阀盖和第二阀体之间，所述内部空间被所述第二差压单元分隔成第二氢气腔和第二氧气腔，所述第二氧气腔与第三氧气入口和第三氧气出口相连通。

优选的，所述第一阀体和第二阀体内均固定有一不锈钢制的阀座，有一阀芯分别固定于所述第一差压单元或所述第二差压单元上，所述第一差压单元和所述第二差压单元均为氟塑料隔膜，其弹性变化使所述阀芯可选择地密封所述阀座。

优选的，所述阀座具有一中心孔，所述阀芯为锥形自由端，可选择性地伸入所述中心孔内。

优选的，所述阀芯外周套设有复位弹簧，其一端抵接在所述阀座上，另一端分别抵接在所述第一差压单元和所述第二差压单元上。

优选的，所述阀座与所述第一阀体和第二阀体之间分别具有第一密封圈，且所述阀座与所述第一阀体和第二阀体之间为紧配合。

优选的，所述氢气捕滴器的第一氢气出口连接两个支路，其中一个支路连接所述第一调节阀的第二氢气入口，另一个支路连接所述第二调节阀的第二阀盖上的第三氢气入口；所述氧气分离器的第一氧气出口连接两个支路，其中一个支路连接所述第二调节阀的第三氧气入口，另一个支路连接所述第一调节阀的第一阀盖上的第二氧气入口。

本发明的有益效果主要体现在：

1、利用两个调节阀控制氢气压力始终大于氧气压力，并可以通过调整弹簧压力来调整两者之间的压力差，实现氢气、氧气错时收集；

2、控制氢气压力始终大于氧气压力，使冷凝液尽可能全部通过透水隔膜，这样氢气纯度更高，且均以气体形式输出，得到高洁净度的氢气；

3、氢气捕滴器中产生的冷凝液自动回收，无需额外增加冷凝液回收设备，成本降低；同时有效循环利用冷凝水，节约资源；

4、结构简单精巧，纯机械式的调节阀，无需担心断电而产生的设备失效。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明实施例的示意图；

图2：本发明实施例中第一调节阀的示意图；

图3：图2中A部分的放大图；

图4：本发明实施例中第二调节阀的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限于本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

在方案的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。并且，在方案的描述中，以操作人员为参照，靠近操作者的方向为近端，远离操作者的方向为远端。

如图1至图4所示，本发明揭示了一种制氢冷凝水回流差压输出系统，包括一氢气捕滴器1、具有第一入口11，第一氢气出口12和冷凝液出口13；一氧气分离器2，具有第二入口21、第一氧气出口22和电解液出口23，一第一调节阀3，具有第二氢气入口31和第二氢气出口32，所述第二氢气入口31与所述氢气捕滴器1的第一氢气出口12连通，所述第二氢气入口31和第二氢气出口32之间为氢气通道，所述氢气通道内设置有第一差压单元，一第二调节阀4，具有第三氧气入口41和第三氧气出口42，所述第三氧气入口41与所述氧气分离器2的第一氧气出口22连通，所述第三氧气入口41和第三氧气出口42之间为氧气通道，所述氧气通道内设置有第二差压单元。

具体的，所述氢气捕滴器1的第一入口11通过管路连接水电解槽（图中未示出）和冷却器100，用于接收其传输而来的含有饱和水蒸气的氢气，所述第一氢气出口12设置在所述氢气捕滴器1的上方，所述冷凝液出口13设置在所述氢气捕滴器1的下方，所述氢气捕滴器1内部设置有透水隔膜14，用于分隔所述第一氢气出口12和冷凝液出口13。

电解出来的含有饱和水蒸气的氢气通过一个冷却器后进入到所述氢气捕滴器1，由于氢气捕滴器1的内部空间比输送管路的截面积瞬间变大很多，产生冷凝效果，氢气从第一氢气出口12输出。氢气中含的水分在聚积后通过透水隔膜渗透到氧气侧，形成冷凝液，从冷凝液出口13进入至所述氧气分离器2。

如图1所示，所述氧气分离器2的第二入口21通过管路连接水电解槽，用于接收水电解槽传输而来的内含氧气的电解液，其设置在所述氧气分离器2的上方。所述第一氧气出口22设置在所述氧气分离器2的侧方上部，所述电解液出口23设置在所述氧气分离器2的下方，并与所述水电解槽的槽底连通。所述氢气捕滴器1的所述冷凝液出口13与所述氧气分离器2的下部相连通，使得冷凝液可以与所述电解液混合，在析出氧气后一起输入水电解槽的槽底，这样的结构可循环利用冷凝液，节约资源。

本发明的特点在于：所述氢气捕滴器1的第一氢气出口12连接两个支路，其中一个支路连接所述第一调节阀3的第二氢气入口31，另一个支路连接所述第二调节阀4的第二阀盖43上的第三氢气入口47；所述氧气分离器2的第一氧气出口22连接两个支路，其中一个支路连接所述第二调节阀4的第三氧气入口41，另一个支路连接所述第一调节阀3的第一阀盖33上的第二氧气入口37。

结合如图2、图3所示，所述第一调节阀3由第一阀盖33和第一阀体34螺接而成，二者中空形成一个内部空间，所述第一差压单元被螺栓紧固于所述第一阀盖33和第一阀体34之间，在其他实施例中，所述第一阀盖33、第一阀体34和第一差压单元三者之间也可以通过其他方式进行固定连接，例如其他具有固定功能的机械机构或强力粘合剂等。所述内部空间被所述第一差压单元分隔成第一氢气腔35和第一氧气腔36，所述第一氢气腔35与所述第二氢气入口31和第二氢气出口32相连通。所述第一氧气腔36内部设置有一压簧30，所述第一调节阀3的第一差压单元的两侧分别接受氢气通道内氢气的压力和复合压力；所述复合压力为所述第一氧气出口22输入所述第一调节阀3的第一氧气腔36的氧气压力与所述压簧30对所述第一差压单元的压力之和。所述第一氧气出口22输入所述第一调节阀3的第一氧气腔36的氧气压力等于所述第一氧气出口22输入所述第二调节阀4的第三氧气入口41的氧气压力。位于所述第一氧气腔36一侧的隔断件4的表面上抵设有所述压簧6。

如图4所示，所述第二调节阀4由第二阀盖43和第二阀体44螺接固定而成，二者中空形成一个内部空间，所述第二差压单元被螺栓紧固于所述第二阀盖43和第二阀体44之间，所述内部空间被所述第二差压单元分隔成第二氢气腔45和第二氧气腔46，所述第二氧气腔46与第三氧气入口41和第三氧气出口42相连通。在其他实施例中，所述第二阀盖43、第二阀体44和第二差压单元之间也可以通过其他方式进行固定连接，例如其他具有固定功能的机械机构或强力粘合剂等。所述第二调节阀4的第二差压单元的两侧分别接受氧气通道内的氧气压力、以及氢气压力；所述氢气压力为所述第一氢气出口12输入所述第二调节阀4的第二氢气腔45的氢气压力，也等于所述第一氢气出口12输入所述第一调节阀（3）的第二氢气入口31的氢气压力。

所述第一阀体34和第二阀体44内均固定有一不锈钢制的阀座5，有一阀芯6分别固定于所述第一差压单元或所述第二差压单元上，所述第一差压单元和所述第二差压单元均为氟塑料隔膜9，氟塑料隔膜具有良好的耐高温性和耐腐蚀性，且透水不透气，其弹性变化使所述阀芯6可选择地密封所述阀座5。具体的，所述阀座5具有一中心孔51，所述阀芯6为锥形自由端，可选择性地伸入所述中心孔51内。如图3所示，所述阀芯5的锥形自由端提高了所述阀芯5伸入所述中心孔21的准确性，且所述中心孔21的内壁上设置有第二密封圈10，所述阀芯5伸入所述中心孔21后，其外壁与所述第二密封圈10紧密接触，以堵住所述中心孔21，同时所述第二密封圈10的设置可以保护所述阀芯5在使用过程中不被过度磨损。

为了平衡所述第一差压单元和所述第二差压单元两侧的压力，帮助所述阀芯6复位，所述阀芯6外周套设有复位弹簧7，其一端抵接在所述阀座5上，另一端分别抵接在所述第一差压单元和所述第二差压单元上。

所述阀座5与所述第一阀体34和第二阀体44之间分别具有第一密封圈8，且所述阀座5与所述第一阀体34和第二阀体44之间为紧配合。所述第一密封圈8具有弹性的特性可以保证所述阀座5与所述第一阀体34和第二阀体44之间保持紧密接触，保证所述阀座5的稳固。

下面简述一下本发明的工作过程：

首先，水电解槽电解出氢气和氧气；

其次，电解出来的含有饱和水蒸气的氢气通过一个冷却器后进入到所述氢气捕滴器1，由于氢气捕滴器1的内部空间比输送管路的截面积瞬间变大很多，产生冷凝效果，氢气从第一氢气出口12输出；氢气中含的水分在聚积后通过透水隔膜渗透到氧气侧，形成冷凝液，从冷凝液出口13进入至所述氧气分离器2；

然后，电解出来的氧气，混合在电解液内，从第二入口21进入到氧气分离器后，从电解液中析出（现有技术，不加赘述），析出氧气的电解液通过电解液出口23回流至水电解槽；氧气则从第一氧气出口22输出；

最后，输出的氧气和氢气分别在第一调节阀3和第二调节阀4的调节下，错时收集。

由于压簧40的存在，确保本发明中氢气的压力和氧气的压力之间具有压力差，来控制氢气压力始终大于氧气压力，为制氢机制得高纯度氢气起到一个基础调节作用。

当开始电解后，产生的氢气一部分从所述第二氢气入口31进入所述第一调节阀3内的氢气通道，一部分从所述第三氢气入口47进入所述第二调节阀4；产生的氧气一部分从所述第二氧气入口37进入所述第一调节阀3，一部分从所述第三氧气入口41进入第二调节阀4。

本发明中，所述第二调节阀4一直是常开模式，即其第三氧气入口41和第三氧气出口42一直是贯通的；相反，第一调节阀3一直是常闭模式，即第二氢气入口31和第二氢气出口32一直是关闭的，只有等水电槽出来的氢气压力大于一定值后，抵消压簧的压力使第一调节阀3打开，此时，由于氢气的压力过大，导致第二调节阀4关闭，即氧气通道关闭。

本发明中，控制氢气压力始终大于氧气压力，使电解时冷凝液尽可能全部通过透水隔膜，这样使得制氢过程中制得的氢气纯度更高，且均以气体形式输出，得到高洁净度的氢气；氢气捕滴器中产生的冷凝液自动回收，无需额外增加冷凝液回收设备，成本降低；同时有效循环利用冷凝水，节约资源。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.制氢冷凝水回流差压输出系统，其特征在于：包括

一氢气捕滴器（1），具有第一入口（11）、第一氢气出口（12）和冷凝液出口（13），

一氧气分离器（2），具有第二入口（21）、第一氧气出口（22）和电解液出口（23），

一第一调节阀（3），具有第二氢气入口（31）和第二氢气出口（32），所述第二氢气入口（31）与所述氢气捕滴器（1）的第一氢气出口（12）连通，所述第二氢气入口（31）和第二氢气出口（32）之间为氢气通道，所述氢气通道内设置有第一差压单元，

一第二调节阀（4），具有第三氧气入口（41）和第三氧气出口（42），所述第三氧气入口（41）与所述氧气分离器（2）的第一氧气出口（22）连通，所述第三氧气入口（41）和第三氧气出口（42）之间为氧气通道，所述氧气通道内设置有第二差压单元，

所述第一调节阀（3）的第一差压单元的两侧分别接受氢气通道内氢气的压力和复合压力；所述复合压力为进入所述第二调节阀（4）的氧气入口（41）的氧气压力与一压簧（30）对所述第一差压单元的压力之和；

所述第二调节阀（4）的第二差压单元的两侧分别接受氧气通道内氧气的压力和氢气压力；所述氢气压力等于进入所述第一调节阀（3）的氢气入口（31）的氢气压力。

2.根据权利要求1所述的制氢冷凝水回流差压输出系统，其特征在于：所述氢气捕滴器（1）的第一入口（11）通过管路连接水电解槽和冷却器（100），用于接收其传输而来的含有饱和水蒸气的氢气，所述第一氢气出口（12）设置在所述氢气捕滴器（1）的上方，所述冷凝液出口（13）设置在所述氢气捕滴器（1）的下方，所述氢气捕滴器（1）内部设置有透水隔膜（14），用于分隔所述第一氢气出口（12）和冷凝液出口（13）。

3.根据权利要求2所述的制氢冷凝水回流差压输出系统，其特征在于：所述氧气分离器（2）的第二入口（21）通过管路连接水电解槽，用于接收水电解槽传输而来的内含氧气的电解液，其设置在所述氧气分离器（2）的上方，所述第一氧气出口（22）设置在所述氧气分离器（2）的侧方，所述电解液出口（23）设置在所氧气分离器（2）的下方，并与所述水电解槽的槽底连通。

4.根据权利要求1至3任一所述的制氢冷凝水回流差压输出系统，其特征在于：所述第一调节阀（3）由第一阀盖（33）和第一阀体（34）固定而成，二者中空形成一个内部空间，所述第一差压单元被螺栓紧固于所述第一阀盖（33）和第一阀体（34）之间，所述内部空间被所述第一差压单元分隔成第一氢气腔（35）和第一氧气腔（36），所述第一氢气腔（35）与所述第二氢气入口（31）和第二氢气出口（32）相连通，位于所述第一氧气腔（36）一侧的隔断件（4）的表面上抵设有所述压簧（6）。

5.根据权利要求4所述的制氢冷凝水回流差压输出系统，其特征在于：所述第二调节阀（4）由第二阀盖（43）和第二阀体（44）固定而成，二者中空形成一个内部空间，所述第二差压单元被螺栓紧固于所述第二阀盖（43）和第二阀体（44）之间，所述内部空间被所述第二差压单元分隔成第二氢气腔（45）和第二氧气腔（46），所述第二氧气腔（46）与第三氧气入口（41）和第三氧气出口（42）相连通。

6.根据权利要求5所述的制氢冷凝水回流差压输出系统，其特征在于：所述第一阀体（34）和第二阀体（44）内均固定有一不锈钢制的阀座（5），有一阀芯（6）分别固定于所述第一差压单元或所述第二差压单元上，所述第一差压单元和所述第二差压单元均为氟塑料隔膜（9），其弹性变化使所述阀芯（6）可选择地密封所述阀座（5）。

7.根据权利要求6所述的制氢冷凝水回流差压输出系统，其特征在于：所述阀座（5）具有一中心孔（51），所述阀芯（6）为锥形自由端，可选择性地伸入所述中心孔（51）内。

8.根据权利要求7所述的制氢冷凝水回流差压输出系统，其特征在于：所述阀芯（6）外周套设有复位弹簧（7），其一端抵接在所述阀座（5）上，另一端分别抵接在所述第一差压单元和所述第二差压单元上。

9.根据权利要求8所述的制氢冷凝水回流差压输出系统，其特征在于：所述阀座（5）与所述第一阀体（34）和第二阀体（44）之间分别具有第一密封圈（8），且所述阀座（5）与所述第一阀体（34）和第二阀体（44）之间为紧配合。

10.根据权利要求1所述的制氢冷凝水回流差压输出系统，其特征在于：所述氢气捕滴器（1）的第一氢气出口（12）连接两个支路，其中一个支路连接所述第一调节阀（3）的第二氢气入口（31），另一个支路连接所述第二调节阀（4）的第二阀盖（43）上的第三氢气入口（47）；所述氧气分离器（2）的第一氧气出口（22）连接两个支路，其中一个支路连接所述第二调节阀（4）的第三氧气入口（41），另一个支路连接所述第一调节阀（3）的第一阀盖（33）上的第二氧气入口（37）。

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