CN111364053B - 一种多通道碱性制氢系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多通道碱性制氢系统，其氢碱处理单元和氧碱处理单元的液体出口，将流通碱液输出至碱液循环泵以及至少一路与碱液循环泵并联的可控通道后，流通碱液回到电解槽负极；使得控制器能够根据检测到的电解槽的电流，控制制氢量，再依据制氢量计算得到对应的碱液循环量参考值；并依据碱液循环量参考值，通过控制碱液循环泵两端的可控通道的工作状态，调节多通道碱性制氢系统的碱液循环量、改变多通道碱性制氢系统的气体纯度；解决了电解槽由可再生能源系统供电且可再生能源系统在低谷运行时，制氢纯度较低以及终止制氢的问题，使电解槽能够始终保持满负荷运行状态，不再仅限于特定的负荷范围，因此，适用于可再生能源系统供电的制氢系统。

Description

一种多通道碱性制氢系统
技术领域
本发明属于电解制氢技术领域，更具体的说，尤其涉及一种多通道碱性制氢系统。
背景技术
目前市场上水电解制氢系统中，碱性电解槽发展时间最长，技术最为成熟，其常规配置为：变压器+整流器+氢气发生器。其具体水电解制氢系统如图1所示，电解槽有正负极，其负极侧设置有氢气+碱液出口，其正极侧设置有氧气+碱液出口，分别连接至后级的氢气+碱液处理单元以及氧气+碱液处理单元，后级的氧气+碱液处理单元处理后产生氧气，氢气+碱液处理单元处理后产生氢气，两个处理单元输出的碱液依次通过碱液冷却器、碱液循环泵和碱液流量计回到电解槽负极；该系统具有操作简单和成本低等优点，同时也具有效率低的缺点；其工作时负荷范围一般为30％-110％，即随着电解槽负荷的降低，氢气的纯度会随之下降。
可再生能源，如风能、太阳能等，因其能量的动态性其产生的电能在一直变化，其氢气产气量也动态变化。以光伏发电为例，中午时分太阳光照强，电能相对充足，而早晚太阳光照较弱，电能减少。另外，电解槽的氢气产气量和通过电解槽的电流成正比，所以可再生能源制氢系统的制氢量也是一直在变化；而可再生能源制氢系统配置碱性电解槽，其在20％以下低负荷运行时氢气纯度降低，不能够满足使用要求，此时氢气必须放空，当氢气纯度低于低限联锁值，制氢系统则联锁停机，即停止制氢。因此，现有技术无法完全适用于可再生能源制氢。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多通道碱性制氢系统，用于依据电解槽的电流值调节电解槽中碱液的流量，以使氢气纯度满足制氢要求，电解槽满负荷运行，适用于可再生能源系统供电的制氢系统。
本发明公开了一种多通道碱性制氢系统，其内部碱液循环泵的入口和出口之间还并联设置有至少一路可控通道；
其内部的控制器，用于根据检测到的电解槽的电流，控制制氢量，再依据所述制氢量计算得到对应的碱液循环量参考值；并依据所述碱液循环量参考值，通过控制所述碱液循环泵所并联的可控通道的工作状态，调节所述多通道碱性制氢系统的碱液循环量、改变所述多通道碱性制氢系统的气体纯度。
可选的，还包括：电解槽、氢碱通道、氧碱通道、氢碱处理单元、氧碱处理单元和碱液流量计；其中：
所述氢碱处理单元的入口通过所述氢碱通道与所述电解槽的负极上的氢碱出口相连；
所述氧碱处理单元的入口通过所述氧碱通道与所述电解槽的正极上的氧碱出口相连；
所述氢碱处理单元的液体出口和所述氧碱处理单元的液体出口，均与所述碱液循环泵及其所并联的可控通道的入口相连；
所述碱液循环泵的出口通过所述碱液流量计与所述电解槽的负极上的碱液入口相连。
可选的，所述控制器用于依据所述碱液循环量参考值，通过控制所述碱液循环泵所并联的可控通道的工作状态，调节所述多通道碱性制氢系统的碱液循环量、改变所述多通道碱性制氢系统的气体纯度时，具体用于：
若所述碱液循环量参考值大于预设碱液循环量，则控制所述碱液循环泵所并联的各路可控通道的工作状态均为满负荷输出状态；
若所述碱液循环量参考值小于等于所述预设碱液循环量，则控制所述碱液循环泵所并联的各路可控通道中的至少一路的工作状态均为零输出状态和/或可调输出状态。
可选的，所述氢碱通道和所述氧碱通道均设置有至少两路可控通道；
所述控制器，还用于依据所述碱液循环量参考值，控制所述氢碱通道和所述氧碱通道中的各路可控通道的工作状态，以使所述碱液循环量能够调节到所述碱液循环量参考值。
可选的，所述控制器用于依据所述碱液循环量参考值，控制所述氢碱通道和所述氧碱通道中的各路可控通道的工作状态时，具体用于：
若所述碱液循环量参考值大于预设阈值，则控制所述氢碱通道和所述氧碱通道中的各路可控通道的工作状态均为满负荷输出状态；
若所述碱液循环量参考值小于等于所述预设阈值，则控制所述氢碱通道中各路可控通道中的至少一路，以及，所述氧碱通道中各路可控通道中的至少一路，其工作状态为零输出状态和/或可调输出状态。
可选的，所述氢碱处理单元的气体输出通道和所述氧碱处理单元的气体输出通道均包括：至少两路可控通道；
所述多通道碱性制氢系统还包括：两个压力变送器；一个所述压力变压器用于检测所述氢碱处理单元的气体输出通道的压力检测值，另一个所述压力变器用于检测所述氧碱处理单元的气体输出通道的压力检测值；
所述控制器，还用于根据两个所述压力变送器检测到的压力检测值，控制两路气体输出通道中各路可控通道的工作状态，以调节所述多通道碱性制氢系统的气体压力。
可选的，所述控制器用于根据两个所述压力变送器检测到的压力检测值，控制两路气体输出通道中各路可控通道的工作状态时，具体用于：
若两个压力检测值均大于预设压力值，则控制两路气体输出通道中各路可控通道的工作状态均为满负荷输出状态；
若两个压力检测值均小于等于所述预设压力值，则控制所述氢碱处理单元的气体输出通道的各路可控通道中至少一路，以及，所述氧碱处理单元的气体输出通道的各路可控通道中至少一路，其工作状态均为零输出状态和/或可调输出状态。
可选的，还包括：两个纯度检测设备；
一个所述纯度检测设备用于检测所述氢碱处理单元的气体输出通道的纯度检测值；另一个所述纯度检测设备用于检测所述氧碱处理单元的气体输出通道的纯度检测值；
所述控制器还用于根据两个所述纯度检测设备检测到的纯度检测值，计算所述电解槽的电流设定值。
可选的，若所述碱液循环量参考值小于预设阈值，且所述氢碱通道和所述氧碱通道中均仅剩一路可控通道的工作状态为可调输出状态，则所述控制器控制相应两路可控通道在可调输出状态下的输出量时，还依据两个所述纯度检测设备检测到的纯度检测值。
可选的，还包括：温度调节系统；
所述温度调节系统包括：碱液测温设备，设置于所述氢碱处理单元和所述氧碱处理单元的液体出口汇流处与所述碱液循环泵之间、用于传输碱液的至少两路可控通道，以及，设置于所述温度调节系统中至少一路可控通道外侧的温度调节设备；
所述控制器还用于根据通过所述碱液测温设备检测得到的流通碱液的温度检测值，调节相应温度调节设备及其所对应的可控通道的工作状态，以调节流通碱液的温度。
可选的，所述温度调节设备包括：碱液冷却器，和/或，碱液加热器。
可选的，所述控制器用于根据流通碱液的温度检测值，调节相应温度调节设备及其所对应的可控通道的工作状态，以调节流通碱液的温度时，具体用于：
若所述温度检测值高于预设温度范围上限值，则控制所述碱液冷却器及其所对应的可控通道运行，以使所述流通碱液的温度降低；
若所述温度检测值在预设温度范围内，则控制未设置有所述碱液加热器和所述碱液冷却器的可控通道运行，以维持所述流通碱液的温度；
若所述温度检测值低于预设温度范围下限值，则控制所述碱液加热器及其所对应的可控通道运行，以使所述流通碱液的温度升高。
可选的，所述碱液测温设备包括：至少三个温度检测设备；
各个所述温度检测设备分别设置于所述氧碱通道与所述氧碱处理单元之间，所述氢碱通道与所述氢碱处理单元之间，以及，所述碱液流量计和所述碱液循环泵之间。
可选的，各路所述可控通道均包括相应通道和设置于所述通道上的开关；
所述开关为调节阀或开关阀。
可选的，所述碱液循环泵所并联的可控通道中的至少一路，所述氢碱处理单元的气体输出通道中的至少一路可控通道，所述氧碱处理单元的气体输出通道中的至少一路可控通道，所述氢碱通道中的至少一路可控通道，以及，所述氧碱通道中的至少一路可控通道，其开关均为调节阀。
可选的，设置有调节阀的通道直径小于设置有开关阀的通道直径。
可选的，所述碱液循环泵为屏蔽泵。
从上述技术方案可知，本发明提供的一种多通道碱性制氢系统，包括：氢碱处理单元通过氢碱通道接收电解槽负极输出的氢气和碱液，氧碱处理单元通过氧碱通道接收电解槽正极输出的氧气和碱液，这两个处理单元的液体出口将流通碱液输出至碱液循环泵以及至少一路与碱液循环泵并联的可控通道后，流通碱液回到电解槽负极；控制器根据检测到的电解槽的电流，控制制氢量，再依据制氢量计算得到对应的碱液循环量参考值；并依据碱液循环量参考值，通过控制碱液循环泵两端的可控通道的工作状态，调节多通道碱性制氢系统的碱液循环量、改变多通道碱性制氢系统的气体纯度；解决了电解槽由可再生能源系统供电且可再生能源系统在低谷运行时，制氢纯度较低以及终止制氢的问题，使电解槽能够始终保持满负荷运行状态，不再仅限于特定的负荷范围，因此，本申请既适用于非可再生能源系统供电的制氢系统，也适用于可再生能源系统供电的制氢系统。
附图说明
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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术提供的水电解制氢系统的示意图；
图2是本发明实施例提供的一种多通道碱性制氢系统的示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种多通道碱性制氢系统的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本实施例提供了一种多通道碱性制氢系统，以解决现有技术中由可再生能源系统供电的制氢系统在20％以下低负荷运行时氢气纯度较低，不能够满足使用要求，此时氢气必须放空，当氢气纯度低于低限联锁值，制氢系统则联锁停机，即停止制氢，无法完全适用于可再生能源系统的问题。
该多通道碱性制氢系统，参见图2，包括：电解槽10、氢碱通道40、氧碱通道50、氢碱处理单元20、氧碱处理单元30、碱液循环泵60、碱液流量计70和控制器80；其中：
氢碱处理单元20的入口通过氢碱通道40与电解槽10的负极上的氢碱出口相连；氧碱处理单元30的入口通过氧碱通道50与电解槽10的正极上的氧碱出口相连；氢碱处理单元20的液体出口和氧碱处理单元30的液体出口分别与碱液循环泵60的入口相连。具体的，电解槽10负极上的氢碱出口将氢气和碱液输出到氢碱处理单元20的入口，其正极上的氧碱出口将氧气和碱液输出到氧碱处理单元30的入口，然后这两个处理单元进行处理后，分别输出相应的气体和碱液，即氧碱处理单元30通过其气体出口输出氧气，氢碱处理单元20通过其气体出口输出氢气，两个处理单元的液体出口均将碱液输出至碱液循环泵60的入口。
碱液循环泵60的出口通过碱液流量计70与电解槽10的负极上的碱液入口相连；另外，该碱液循环泵60的入口和出口之间还并联设置有至少一路可控通道101(图2以2路可控通道101为例进行展示)。该可控通道101包括用于传输碱液的通道(如图3所示的旁通1和旁通2)和设置于该通道上的开关(如图3所示的C1和C2)；该开关为调节阀或开关阀，碱液循环泵60所并联的各个可控通道101中的开关均为调节阀或开关阀，也可以一部分为调节阀，另一部分为开关阀，如图3所示，开关C1为开关阀，开关C2为调节阀。
需要说明的是，由于碱液循环量的跨度太大，若选用变频调节泵，则该泵很难达到要求满足流量调节的要求，因此，碱液循环泵60优选屏蔽泵。另外，为了保证碱液循环泵60的使用寿命，碱液循环泵60不宜频繁的变功率运行，应当以额定功率运行。碱液循环泵60稳定运行有利于减少电解槽中的碱液浓度差，而减少碱液浓度差会大幅度降电解槽10的电化极差，从而降低电解槽10中小室的电压，有利于电解槽10制氢。
控制器80，用于根据检测到的电解槽10的电流，控制制氢量，再依据制氢量计算得到对应的碱液循环量参考值；并依据碱液循环量参考值，通过控制碱液循环泵60所并联的可控通道101的工作状态，调节多通道碱性制氢系统的碱液循环量、改变多通道碱性制氢系统的气体纯度。控制器80可以是PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)，当然也可以是其他能够执行上述步骤的器件，在此不再一一赘述。
需要说明的是，电解槽10包括槽体、正极和负极，该电解槽10为碱液电解槽10，该电解槽10的制氢量与电解槽10的电流正相关，电解槽10的电流越大，电解槽10的制氢量越大；电解槽10的电流越小，电解槽10的制氢量越小。具体的，当电解槽10由可再生能源系统供电，如光伏系统和风能系统供电时，电解槽10的输入功率P＝UI，其直流电压U稳定在一定的范围之内，其直流电流I则随着可再生能源系统的功率变化而变化。该控制器80通过调节直流电流I的大小来控制制氢量。其中制氧量固定为制氢量的1/2。具体制氢量与电流的计算方式及过程参见现有技术即可，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
另外，碱液循环量的大小直接影响到电解槽10的氢气/氧气的纯度。传统制氢系统的制氢量基本是不变的，即碱液循环量固有一个合适的范围。而可再生能源系统供电的制氢系统，其制氢量随着供电电能的变化而变化，即其制氢量是一直在变化的，对应的碱液循环量也应当与制氢量匹配，以使电解槽10的制氢纯度满足条件；因此，本申请中通过控制碱液循环泵60所并联的可控通道101的工作状态，调节多通道碱性制氢系统的碱液循环量、改变多通道碱性制氢系统的气体纯度，以使本申请能够适用于可再生能源系统供电的制氢系统。
具体的，上述可控通道101所包括的工作状态可以有以下几种情况：满负荷输出状态和零负荷输出状态，或者仅具备可调输出负荷状态，又或者满负荷输出状态、零负荷输出状态和可调输出负荷状态均具备；可控通道101的工作状态具体包括哪些状态，视实际情况而定即可。该碱液循环泵60所并联的可控通道101处于不同的工作状态下，该多通道碱性制氢系统的碱液循环量不同。以碱液循环泵60并联有一个可控通道101，且该可控通道101的工作状态包括上述三种状态为例进行说明：在该可控通道101的工作状态为满负荷输出状态时，多通道碱性制氢系统的碱液循环量最大；在该可控通道101的工作状态为可调输出状态时，多通道碱性制氢系统的碱液循环量是变化的，其值较满负荷输出状态时要小；在该可控通道101的工作状态为零输出状态时，多通道碱性制氢系统的碱液循环量最小，即该碱液循环量为零。
若该多通道碱性制氢系统为可再生能源系统供电的制氢系统，在该可再生能源系统的能量高峰，即电解槽10的电流峰值时，控制碱液循环量为较大值，而在可再生能源系统的能量低谷，即电解槽10的电流谷值时，控制碱液循环量为较小值。例如，某厂制氢系统设置制氢量500m3/h与碱液循环量22m3/h对应，而制氢量1m3/h与碱液循环量0.4m3/h对应；若依据电解槽10的电流得到的制氢量为500m3/h，则控制碱液循环量为22m3/h；若依据电解槽10的电流得到的制氢量为1m3/h，则控制碱液循环量为0.4m3/h。
在实际应用中，控制器80依据碱液循环量参考值，通过控制碱液循环泵60所并联的可控通道101的工作状态的具体过程为：判断碱液循环量参考值是否大于预设碱液循环量；若碱液循环量参考值大于预设碱液循环量，则控制碱液循环泵60所并联的各路可控通道101的工作状态均为满负荷输出状态，即碱液循环量为最大值；若碱液循环量参考值小于等于预设碱液循环量，则控制碱液循环泵60所并联的各路可控通道101中的至少一路的工作状态均为零输出状态和/或可调输出状态，即碱液循环量小于最大值。其中，该预设碱液循环量可以是电解槽10满负荷状态运行时的碱液循环量，也可以是其他值，比如80％或者90％等负荷状态运行时的碱液循环量，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
在本实施例中，控制器80通过根据检测到的电解槽10的电流，控制制氢量，再依据制氢量计算得到对应的碱液循环量参考值；并依据碱液循环量参考值，通过控制碱液循环泵60两端的可控通道101的工作状态，调节多通道碱性制氢系统的碱液循环量、改变多通道碱性制氢系统的气体纯度；解决了电解槽10由可再生能源系统供电且可再生能源系统在低谷运行时，制氢纯度较低以及终止制氢的问题，使电解槽10能够始终保持满负荷运行状态，不再仅限于特定的负荷范围，因此，本申请既适用于非可再生能源系统供电的制氢系统，也适用于可再生能源系统供电的制氢系统。
可选的，如图3所示，上述氢碱通道40和上述氧碱通道50均设置有至少两路可控通道(如图3所示的102和103)；氢碱通道40中的各路可控通道102用于传输氢气和碱液，氧碱通道50中的各路可控通道103用于传输氧气和碱液，即氢碱通道40的流量和氧碱通道50的流量均是可控的。在实际应用中，氢碱通道40和氧碱通道50中的各路可控通道(如图3所示的102和103)均包括：传输碱液和气体的通道和设置于该通道上的开关(如图3所示的A1、A2、A3、B1、B2和B3)；该开关为调节阀或开关阀，氢碱通道40的各个可控通道102中的开关均为调节阀或开关阀，也可以一部分为调节阀，另一部分为开关阀，如图3所示，开关A1、A2为开关阀，开关A3为调节阀。氧碱通道50的各个可控通道103中的开关同理，在此不再一一赘述。
需要说明的是，通过控制碱液循环泵60所并联的可控通道101如旁通1上的开关C1和旁通2上的开关C2，可以最大程度的控制碱液循环量，开关阀A1、A2、B1和B2，以及，调节阀A3和B3，可以更好的控制碱液循环量。
在实际应用中，在氢碱通道40和氧碱通道50均设置有至少两路可控通道(如图3所示的102和103)时，控制器80还用于依据碱液循环量参考值，控制氢碱通道40和氧碱通道50中的各路可控通道(如图3所示的102和103)的工作状态；如该碱液循环量参考值较大时，控制各路氢碱通道40和氧碱通道50中的可控通道(如图3所示的102和103)的工作状态均为满负荷输出状态；而该碱液循环量参考值较小时，控制各路氢碱通道40和氧碱通道50中的可控通道(如图3所示的102和103)的工作状态不均为满负荷输出状态，以使碱液循环量能够调节到碱液循环量参考值。
控制器80依据碱液循环量参考值，控制氢碱通道40和氧碱通道50中的各路可控通道(如图3所示的102和103)的工作状态的具体过程为：判断该碱液循环量参考值是否大于预设阈值，若该碱液循环量参考值大于预设阈值，则控制氢碱通道40和氧碱通道50中的各路可控通道(如图3所示的102和103)的工作状态均为满负荷输出状态；若该碱液循环量参考值小于等于预设阈值，则控制氢碱通道40中各路可控通道102中的至少一路，以及，氧碱通道50中各路可控通道103中的至少一路，其工作状态均为零输出状态和/或可调输出状态。其中，该预设阈值和上述预设碱液循环量可以相同，也可以不同，在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。在预设阈值与上述预设碱液循环量不同时，其具体取值在此也不做具体限定，视实际情况而定即可，也在本申请的保护范围内。
在实际应用中，上述氢碱处理单元20的气体输出通道和上述氧碱处理单元30的气体输出通道均包括：至少两路可控通道(如图3所示的104和105)；氢碱处理单元20的气体输出通道中的各路可控通道104用于传输氢气，氧碱处理单元30的气体输出通道中的各路可控通道105用于传输氧气，即氢碱处理单元20的气体输出通道的流量和氧碱处理单元30的气体输出通道的流量均是可控的。在实际应用中，两路气体输出通道中的各路可控通道(如图3所示的104和105)均包括：传输气体的通道和设置于该通道上的开关(如图3所示的E1、E2、E3、F1、F2和F3)；该开关为调节阀或开关阀，氢碱处理单元20的气体输出通道中各个可控通道104中的开关均为调节阀或开关阀，也可以一部分为调节阀，另一部分为开关阀，如图3所示，开关E1、E2为开关阀，开关F3为调节阀。氧碱处理单元30的气体输出通道中各个可控通道105中的开关同理，在此不再一一赘述。
需要说明的是，开关阀E1、E2、F1和F2配合调节阀E3和F3。当电解槽10满负荷运行时，开关E1、E2、F1、F2、E3和F3均全开；当电解槽10的负荷降低到一定程度时，开关阀E1和E2中的一个及开关阀F1和F2中的一个关闭；电解槽10的负荷继续减小时，则通过调节阀E3和F3的开度来调节气体输出量；电解槽10的负荷再继续减小，开关阀E1、E2、F1和F2均关闭，仅剩调节阀E3和F3中有气体流通，进而通过调整调节阀E3和F3的开度来调节气体输出量为较小值。另外，气体产量很小时，不宜采用粗管道，这样会导致气体的流速大大减低，增加气体在相应处理单元的滞留时间，影响气体的分离效果。气体产量减少会多通道碱性制氢系统的压力逐渐减小。反之，当气体产量增大时，要增加流量面积，以避免多通道碱性制氢系统的压力过大。因此，可以设置有调节阀的通道比设置有开关阀的通道细，进而在气体产量较小，如制氢量较小时，气体仅通过细通道，如设置有调节阀的通道，减少气体在相应处理单元的滞留时间；在气体产量较大，如制氢量较大时，气体可以通过粗通道，如设置有开关阀的通道，以避免多通道碱性制氢系统的压力过大。
多通道碱性制氢系统还包括：两个压力变送器(未进行图示)；一个压力变压器设置于氢碱处理单元20的气体出口处，用于检测氢碱处理单元20的气体输出通道的压力检测值，另一个压力变器设置于氢碱处理单元30的气体出口处，用于检测氧碱处理单元30的气体输出通道的压力检测值。
控制器80还用于根据两个压力变送器检测到的压力检测值，控制两路气体输出通道中各路可控通道(如图3所示的104和105)的工作状态，如两个压力检测值均较大时，控制用于传输气体的各路可控通道(如图3所示的104和105)的工作状态均为满负荷输出状态，以使氢气和氧气以最大流量输出；该两个压力检测值均较小时，控制用于传输相应气体的各路可控通道(如图3所示的104和105)的工作状态不均为满负荷输出状态，以使氢气和氧气不以最大流量输出；以调节多通道碱性制氢系统的气体压力。
在实际应用中，该控制器80根据两个压力变送器检测到的压力检测值，控制两路气体输出通道中各路可控通道(如图3所示的104和105)的工作状态的具体过程为：判断两个压力检测值是否均大于预设压力值；若两个压力检测值均大于预设压力值，则控制两路气体输出通道中各路可控通道(如图3所示的104和105)的工作状态均为满负荷输出状态；若两个压力检测值均小于等于预设压力值，则控制氢碱处理单元20的气体输出通道的各路可控通道104中至少一路，以及，氧碱处理单元30的气体输出通道的各路可控通道105中至少一路，其工作状态均为零输出状态和/或可调输出状态。其中，该预设压力值可以是电解槽10满负荷运行，两路气体输出通道中各路可控通道(如图3所示的104和105)的工作状态均为满负荷输出状态时的气体压力值，当然也可以是其他值，比如80％或者90％等负荷状态运行时的气体压力值，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
在实际应用中，多通道碱性制氢系统还包括：两个纯度检测设备(未进行图示)；一个纯度检测设备设置于氢碱处理单元20的气体出口处，用于检测氢碱处理单元20的气体输出通道的纯度检测值，即氢气纯度，该纯度检测设备可以为氢气纯度仪；另一个纯度检测设备设置于氢碱处理单元30的气体出口处，用于检测氧碱处理单元30的气体输出通道的纯度检测值，即氧气纯度，该纯度检测设备可以为氧气纯度仪。
在保证氢气纯度前提下，控制器80还用于根据两个纯度检测设备检测到的纯度检测值，计算电解槽10的电流设定值，并通过调节碱液循环量，保证气体纯度合格。
需要说明的是，若碱液循环量参考值小于预设阈值，且氢碱通道40和氧碱通道50中均仅剩一路可控通道(如图3所示的104中调节阀E3所在通道和105中调节阀F3所在通道)的工作状态为可调输出状态，则控制器80控制相应两路可控通道(调节阀E3所在通道和调节阀F3所在通道)在可调输出状态下的输出量时，还依据两个纯度检测设备检测到的纯度检测值。
具体的，以图3为例进行说明，由开关阀A1、A2、B1、B2，配合调节阀A3、B3来控制气液混合量。例如，制氢量为500m3/h，碱液循环量为22m3/h时，开关A1、A2、B1、B2、A3和B3均全开；当制氢量下降时，通过开关阀A1、A2、B1、B2和调节阀A3、B3的配合，控制到一个比较理想的混合量，如关闭开关阀A1和B1；当流量下降到1m3/h时，控制开关阀A1、A2、B1和B2均关闭，再根据氢气纯度微调调节阀A3的开度，以及，根据氧气纯度微调调节阀B3的开度，并将碱液循环量调到0.4m3/h。
在实际应用中，多通道碱性制氢系统还包括：温度调节系统；该温度调节系统包括：碱液测温设备，至少两路可控通道106和至少一路温度调节设备(如图3所示的碱液冷却器901和碱液加热器902)。
该碱液测温设备，包括：至少三个温度检测设备(如图3所示的91、92和93)；氧碱通道50与氧碱处理单元30之间设置一个温度检测设备91，氢碱通道40与氢碱处理单元20之间设置一个温度检测设备92，以及，碱液流量计70和碱液循环泵60之间设置一个温度检测设备93。
温度调节系统中的各路可控通道106，设置于氢碱处理单元20和氧碱处理单元30的液体出口汇流处与碱液循环泵60之间、用于传输碱液，即温度调节系统中的各路可控通道106的碱液流量均是可控的。在实际应用中，温度调节系统中的各路可控通道106均包括：传输碱液的通道和设置于该通道上的开关(如图3所示的D1、D3和D3)；该开关为调节阀或开关阀，温度调节系统的各路可控通道106中的开关优选均为调节阀，当然也可以均为或开关阀，以及一部分为调节阀另一部分为开关阀。
该温度调节设备，设置于温度调节系统中至少一路可控通道106外侧。如图3所示，碱液冷却器901设置于包括开关D1的可控通道106外侧，碱液加热器902设置于包括开关D3的可控通道106外侧。需要说明的是，至少一路温度调节设备，可以仅包括：碱液冷却器901或碱液加热器902(未进行图示)，也可以是包括碱液冷却器901和碱液加热器902(如图3所示)。
控制器80还用于根据通过碱液测温设备检测得到的流通碱液的温度检测值，调节相应温度调节设备及其所对应的可控通道106的工作状态，以调节流通碱液的温度。
具体的，控制器80根据流通碱液的温度检测值，调节相应温度调节设备及其所对应的可控通道106的工作状态，以调节流通碱液的温度的具体过程为：若温度检测值超过预设温度范围，则控制碱液冷却器901及其所对应的可控通道106运行，以使流通碱液的温度降低；若温度检测值在预设温度范围内，则控制未设置有碱液加热器902和碱液冷却器901的可控通道106运行，以维持流通碱液的温度；而若温度检测值低于预设温度范围，则控制碱液加热器902及其所对应的可控通道106运行，以使流通碱液的温度升高。
更详细的，大立方电解槽10运行时产生的热量较多，可以用水路调节系统即碱液冷却器901来降低流通碱液的温度，如打开开关D1使流通碱液通过外侧设置有碱液冷却器901的通道；电解槽10产生的热量较少，如可再生能源系统的产能减弱时，通过维持流通碱液的温度来维持电解槽10的温度，如打开开关D2使流通碱液通过未设置有温度调节设备的通道；若电解槽10产生的热量继续减少，流通碱液的温度不能维持电解槽10的温度时，则需关闭开关D1，打开开关D2，让一部分碱液通过未设置有温度调节设备的通道；当电解槽10负荷下降，此时的热量无法维持电解槽10的温度，则需打开阀门D3，启用碱液加热器902，以使流通碱液的温度，保证电解槽10运行温度。例如制氢系统产氢量从10m3/h升到100m3/h时，此时碱液流量突然加大，温度无法满足运行要求，需要靠碱液加热器902加热，等电解槽10温度达到要求，关闭碱液加热器902；碱液加热器902和碱液冷却器901的作用都是为了维持电解槽10在额定的温度下运行。
需要说明的是，控制器80与相应器件有通信连接，为了让结构图简洁清楚，图中未示出控制器80与相应器件之间的通信连接的连接线，但控制器80具体获取相应器件的参数或检测值，比如电解槽的电流、氢气纯度、制氢量、氢气压力、氧气纯度、制氧量、氧气压力、碱液流量和碱液温度等，以及控制相应器件的过程已经上述实施例说明，即相应的通信连接可以是参见上述控制器80的工作过程及原理。
在本实施例中，在各个可控通道(如图3所示的101、102、103、104、105和106)均包括开关，以通过电解槽10的电流以及气体压力和气体纯度等反馈参数，控制器80经过算法如PID(Proportion-Integral-Derivative，比例-积分-微分)算法，控制各开关阀的开关以及调节阀的开度，来实现依据能源变化调节碱液循环量的目的。本申请能够在适用于可再生能源系统供电的制氢系统，以及，可再生能源系统的电能较低时，仍能够产生合格的氢气，无论是在峰还是在谷，电解槽10均能满负荷运行，完美地解决了电解槽10在低谷运行时，氢气不合格的问题，以及在电能过低的时无法运行的问题；其能量利用率接近100％，非常适用于利用可再生能源来制氢的制氢系统。
本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
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。

Claims (17)

1.一种多通道碱性制氢系统，其特征在于，其内部碱液循环泵的入口和出口之间并联设置有至少一路可控通道；
其内部的控制器，用于根据检测到的电解槽的电流，控制制氢量，再依据所述制氢量计算得到对应的碱液循环量参考值；并依据所述碱液循环量参考值，通过控制所述碱液循环泵所并联的可控通道的工作状态，调节所述多通道碱性制氢系统的碱液循环量、改变所述多通道碱性制氢系统的气体纯度。
2.根据权利要求1所述的多通道碱性制氢系统，其特征在于，还包括：电解槽、氢碱通道、氧碱通道、氢碱处理单元、氧碱处理单元和碱液流量计；其中：
所述氢碱处理单元的入口通过所述氢碱通道与所述电解槽的负极上的氢碱出口相连；
所述氧碱处理单元的入口通过所述氧碱通道与所述电解槽的正极上的氧碱出口相连；
所述氢碱处理单元的液体出口和所述氧碱处理单元的液体出口，均与所述碱液循环泵及其所并联的可控通道的入口相连；
所述碱液循环泵的出口通过所述碱液流量计与所述电解槽的负极上的碱液入口相连。
3.根据权利要求1所述的多通道碱性制氢系统，其特征在于，所述控制器用于依据所述碱液循环量参考值，通过控制所述碱液循环泵所并联的可控通道的工作状态，调节所述多通道碱性制氢系统的碱液循环量、改变所述多通道碱性制氢系统的气体纯度时，具体用于：
若所述碱液循环量参考值大于预设碱液循环量，则控制所述碱液循环泵所并联的各路可控通道的工作状态均为满负荷输出状态；
若所述碱液循环量参考值小于等于所述预设碱液循环量，则控制所述碱液循环泵所并联的各路可控通道中的至少一路的工作状态为零输出状态和/或可调输出状态。
4.根据权利要求2所述的多通道碱性制氢系统，其特征在于，所述氢碱通道和所述氧碱通道均设置有至少两路可控通道；
所述控制器，还用于依据所述碱液循环量参考值，控制所述氢碱通道和所述氧碱通道中的各路可控通道的工作状态，以使所述碱液循环量能够调节到所述碱液循环量参考值。
5.根据权利要求4所述的多通道碱性制氢系统，其特征在于，所述控制器用于依据所述碱液循环量参考值，控制所述氢碱通道和所述氧碱通道中的各路可控通道的工作状态时，具体用于：
若所述碱液循环量参考值大于预设阈值，则控制所述氢碱通道和所述氧碱通道中的各路可控通道的工作状态均为满负荷输出状态；
若所述碱液循环量参考值小于等于所述预设阈值，则控制所述氢碱通道中各路可控通道中的至少一路，以及，所述氧碱通道中各路可控通道中的至少一路，其工作状态均为零输出状态和/或可调输出状态。
6.根据权利要求2所述的多通道碱性制氢系统，其特征在于，所述氢碱处理单元的气体输出通道和所述氧碱处理单元的气体输出通道均包括：至少两路可控通道；
所述多通道碱性制氢系统还包括：两个压力变送器；一个所述压力变压器用于检测所述氢碱处理单元的气体输出通道的压力检测值，另一个所述压力变器用于检测所述氧碱处理单元的气体输出通道的压力检测值；
所述控制器，还用于根据两个所述压力变送器检测到的压力检测值，控制两路气体输出通道中各路可控通道的工作状态，以调节所述多通道碱性制氢系统的气体压力。
7.根据权利要求6所述的多通道碱性制氢系统，其特征在于，所述控制器用于根据两个所述压力变送器检测到的压力检测值，控制两路气体输出通道中各路可控通道的工作状态时，具体用于：
若两个压力检测值均大于预设压力值，则控制两路气体输出通道中各路可控通道的工作状态均为满负荷输出状态；
若两个压力检测值均小于等于所述预设压力值，则控制所述氢碱处理单元的气体输出通道的各路可控通道中至少一路，以及，所述氧碱处理单元的气体输出通道的各路可控通道中至少一路，其工作状态均为零输出状态和/或可调输出状态。
8.根据权利要求2所述的多通道碱性制氢系统，其特征在于，还包括：两个纯度检测设备；
一个所述纯度检测设备用于检测所述氢碱处理单元的气体输出通道的纯度检测值；另一个所述纯度检测设备用于检测所述氧碱处理单元的气体输出通道的纯度检测值；
所述控制器还用于根据两个所述纯度检测设备检测到的纯度检测值，计算所述电解槽的电流设定值。
9.根据权利要求8所述的多通道碱性制氢系统，其特征在于，若所述碱液循环量参考值小于预设阈值，且所述氢碱通道和所述氧碱通道中均仅剩一路可控通道的工作状态为可调输出状态，则所述控制器控制相应两路可控通道在可调输出状态下的输出量时，还依据两个所述纯度检测设备检测到的纯度检测值。
10.根据权利要求2所述的多通道碱性制氢系统，其特征在于，还包括：温度调节系统；
所述温度调节系统包括：碱液测温设备，设置于所述氢碱处理单元和所述氧碱处理单元的液体出口汇流处与所述碱液循环泵之间、用于传输碱液的至少两路可控通道，以及，设置于所述温度调节系统中至少一路可控通道外侧的温度调节设备；
所述控制器还用于根据通过所述碱液测温设备检测得到的流通碱液的温度检测值，调节相应温度调节设备及其所对应的可控通道的工作状态，以调节流通碱液的温度。
11.根据权利要求10所述的多通道碱性制氢系统，其特征在于，所述温度调节设备包括：碱液冷却器，和/或，碱液加热器。
12.根据权利要求11所述多通道碱性制氢系统，其特征在于，所述控制器用于根据流通碱液的温度检测值，调节相应温度调节设备及其所对应的可控通道的工作状态，以调节流通碱液的温度时，具体用于：
若所述温度检测值高于预设温度范围上限值，则控制所述碱液冷却器及其所对应的可控通道运行，以使所述流通碱液的温度降低；
若所述温度检测值在预设温度范围内，则控制未设置有所述碱液加热器和所述碱液冷却器的可控通道运行，以维持所述流通碱液的温度；
若所述温度检测值低于预设温度范围下限值，则控制所述碱液加热器及其所对应的可控通道运行，以使所述流通碱液的温度升高。
13.根据权利要求10所述的多通道碱性制氢系统，其特征在于，所述碱液测温设备包括：至少三个温度检测设备；
各个所述温度检测设备分别设置于所述氧碱通道与所述氧碱处理单元之间，所述氢碱通道与所述氢碱处理单元之间，以及，所述碱液流量计和所述碱液循环泵之间。
14.根据权利要求2、4-13任一项所述的多通道碱性制氢系统，其特征在于，各路所述可控通道均包括相应通道和设置于所述通道上的开关；
所述开关为调节阀或开关阀。
15.根据权利要求14所述的多通道碱性制氢系统，其特征在于，所述碱液循环泵所并联的可控通道中的至少一路，所述氢碱处理单元的气体输出通道中的至少一路可控通道，所述氧碱处理单元的气体输出通道中的至少一路可控通道，所述氢碱通道中的至少一路可控通道，以及，所述氧碱通道中的至少一路可控通道，其开关均为调节阀。
16.根据权利要求15所述的多通道碱性制氢系统，其特征在于，设置有调节阀的通道直径小于设置有开关阀的通道直径。
17.根据权利要求1-13任一项所述的多通道碱性制氢系统，其特征在于，所述碱液循环泵为屏蔽泵。
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