CN111549353A - 一种电解水制氢系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电解水制氢系统，包括：整流电源、制氢设备及水箱，其中，所述整流电源中设置有冷却水路，所述整流电源用于为所述制氢设备提供电源；所述冷却水路的进水口与所述制氢设备中的供水装置连接，所述冷却水路的出水口与所述制氢设备中的电解槽连接；所述水箱与所述供水装置连接，用于为所述供水装置提供纯水；所述冷却水路将所述供水装置中的纯水经过整流电源传输至所述电解槽，以冷却所述整流电源，并将流经整流电源的纯水作为所述电解槽的原料水。本发明提供的电解水制氢系统，通过将整流电源和制氢设备集成设计，提高了系统集成度，降低了噪声及功耗，减少了系统维护工作。

Description

一种电解水制氢系统

技术领域

本发明涉及新能源发电领域，具体涉及一种电解水制氢系统。

背景技术

以煤、石油天然气为原料制取氢气是当今制取氢气最主要的方法，传统制氢方法还有甲烷裂解、甲醇裂解、氨分解、变压吸附和水电解制氢等。其中化学制氢适合制氢量大、原料易得的场所，变压吸附制氢适用于副产氢气的回收，传统水电解制氢为电解碱液制氢，以上制氢工艺产气量均较大、设备复杂、占地面积大、操作不方便、能耗大并易造成环境污染。因此，具有能耗低、产气量稳定、设备简单、占地面积小且不污染环境等优点的聚合物电解质膜纯水电解(PEM)制氢技术正逐渐成为新一代的电解水制氢技术。

目前，现有的聚合物电解质膜纯水电解制氢系统，整流电源通常与制氢设备分开放置，且整流电源在运行过程中一般采用强迫风冷方式散热。然而，采用风冷方式散热，由于风冷散热风机占地面积大、噪声大、功耗大的特点，不利于整体电解水制氢系统的集成以及对噪音和运行成本的控制，并且由于风机需要进行定期进行维护，额外增加了电解水制氢系统的工作成本。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中电解水制氢系统的集成度低、噪音大、运行成本及维护成本高的缺陷，从而提供一种电解水制氢系统。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明实施例提供一种电解水制氢系统，包括：整流电源、制氢设备及水箱，其中，所述整流电源中设置有冷却水路，所述整流电源用于为所述制氢设备提供电源；所述冷却水路的进水口与所述制氢设备中的供水装置连接，所述冷却水路的出水口与所述制氢设备中的电解槽连接；所述水箱与所述供水装置连接，用于为所述供水装置提供纯水；所述冷却水路将所述供水装置中的纯水经过整流电源传输至所述电解槽，以冷却所述整流电源，并将流经整流电源的纯水作为所述电解槽的原料水。

在一实施例中，所述制氢设备还包括：散热装置、气液分离及水回收装置，其中，所述散热装置的一端与所述电解槽连接，另一端与所述气液分离及水回收装置的第一输入端连接，用于将所述电解槽中未电解的纯水进行散热，并将散热后的纯水输送至所述气液分离及水回收装置；所述气液分离及水回收装置的第二输入端与所述电解槽连接，输出端与所述供水装置连接，用于将所述电解槽中电解后的气液混合体分离成氢气、氧气和水，并将分离后的水以及经过所述散热装置散热后的纯水输送至所述供水装置。

在一实施例中，所述制氢设备还包括：气体纯化装置，所述气体纯化装置的输入端与所述气液分离及水回收装置的第一输出端连接，用于将分离后的氢气进行干燥及纯化。

在一实施例中，所述制氢设备还包括：补水装置，所述补水装置的一端与所述水箱连接，另一端与所述供水装置连接，用于将存储在水箱中的纯水传输至所述供水装置。

在一实施例中，所述制氢设备还包括：去离子纯化装置，所述去离子纯化装置的一端与所述气液分离及水回收装置的第二输出端连接，另一端与所述供水装置连接，用于将分离后的水以及经过所述散热装置散热后的纯水进行过滤，并将过滤后得到的纯水补充进供水装置。

在一实施例中，所述散热装置通过风扇与未电解的纯水进行热量交换。

在一实施例中，所述去离子纯化装置由滤网及反渗透膜过滤设备构成。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的电解水制氢系统，将整流电源和制氢设备集成设计，利用整流电源中的冷却水路将供水装置中的纯水经过整流电源传输至电解槽，电解槽的原料水供水和整流电源冷却水共用，从而在制氢设备启动过程中，原料水供水经过整流电源进行热量交换，提高了电堆原料水的温度，提高了电解制氢系统整体的供水质量，加速启动过程，缩短了启动时间，并且供水质量的提升还可以延长电解槽使用寿命。并且采用水冷散热方式替代整流电源中传统风冷散热风机，避免了风机维护工作，减小了整个电解水制氢系统的占地面积，从而提高了系统的集成度，并且降低了系统的噪声、功耗及运行成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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方式，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为本发明实施例中电解水制氢系统的一个具体示例的流程图；

图2为本发明实施例中电解水制氢系统的另一个具体示例的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例提供一种电解水制氢系统，如图1所示，包括：整流电源1、制氢设备2及水箱3，其中，整流电源1中设置有冷却水路，整流电源1用于为制氢设备2提供电源；冷却水路的进水口与制氢设备2中的供水装置21连接，冷却水路的出水口与制氢设备2中的电解槽22连接；水箱3与供水装置21连接，用于为供水装置21提供纯水；冷却水路将供水装置21中的纯水经过整流电源1传输至电解槽22，以冷却整流电源1，并将流经整流电源1的纯水作为电解槽22的原料水，需要说明的是，冷却水路设置于整流电源1的内部，在图1中未示出。

本发明实施例中，通过将整流电源1和制氢设备2集成设计，整流电源1采用与电解槽22供水系统共用的水冷散热方式。经过整流电源1进行热量交换升温后的纯水作为电解槽22的原料水，经电解反应生成氢气和氧气。纯水在流入电解槽22之前先流经整流电源1，作为整流电源1的冷却水，纯水经整流电源1加热后，再作为原料水流入电解槽22。

本发明提供的电解水制氢系统，将整流电源和制氢设备集成设计，利用整流电源中的冷却水路将供水装置中的纯水经过整流电源传输至电解槽，电解槽的原料水供水和整流电源冷却水共用，从而在制氢设备启动过程中，原料水供水经过整流电源进行热量交换，提高了电堆原料水的温度，提高了电解制氢系统整体的供水质量，加速启动过程，缩短了启动时间，并且供水质量的提升还可以延长电解槽使用寿命。并且采用水冷散热方式替代整流电源中传统风冷散热风机，避免了风机维护工作，减小了整个电解水制氢系统的占地面积，从而提高了系统的集成度，并且降低了系统的噪声、功耗及运行成本。

在一具体实施例中，如图2所示，制氢设备2还包括：散热装置23、气液分离及水回收装置24、气体纯化装置25、补水装置26及去离子纯化装置27，其中，

散热装置23的一端与电解槽22连接，另一端与气液分离及水回收装置24的第一输入端连接，用于将电解槽22中未电解的纯水进行散热，并将散热后的纯水输送至气液分离及水回收装置24。

气液分离及水回收装置24的第二输入端与电解槽22连接，输出端与供水装置21连接，用于将电解槽22中电解后的气液混合体分离成氢气、氧气和水，并将分离后的水以及经过散热装置23散热后的纯水输送至供水装置21。

气体纯化装置25的输入端与气液分离及水回收装置24的第一输出端连接，用于将分离后的氢气进行干燥及纯化。

补水装置26的一端与水箱3连接，另一端与供水装置21连接，用于将存储在水箱3中的纯水传输至供水装置21。

去离子纯化装置27的一端与气液分离及水回收装置24的第二输出端连接，另一端与供水装置21连接，用于将分离后的水以及经过散热装置23散热后的纯水进行过滤，并将过滤后得到的纯水补充进供水装置21。

本发明实施例中，由于在电解水制氢系统运行过程中不停地消耗纯水，因此，需要持续补充纯水，补水装置26从水箱3中提取纯水补充到制氢设备2中，保证电解水制氢系统原料水和整流电源1冷却水的供应。本发明实施例采用整流电源1和制氢设备2集成设计，通过将整流电源1冷却水路分别与供水装置21水路及电解槽22水路串联，供水装置21出水口与整流电源1冷却水路的进水口连接，电解槽22进水口与整流电源1冷却水路的出水口连接。由于整流电源1采用与电解槽22供水系统共用的水冷散热方式，需要说明的是，在实际应用中，为保证整流电源1和电解槽22的安全运行，对电解水制氢系统整体的供水质量有了更高要求，要求纯水的电导率低于0.5uS/cm并且电阻率大于0.1MΩ.cm(10uS/cm)。通过提高纯水的供水质量的方式，以保证整流电源1和电解槽22安全运行，提高电解槽22使用寿命。

纯水由供水装置21提供动力后流入整流电源1，作为整流电源1的冷却水与整流电源1进行热量交换，在实际应用中，考虑到环境温度的影响，通常将整流电源1进水口温度设置在45℃以下，经过热量交换后进出水口温差为10℃左右，从而与环境温度相适应。

经整流电源1加热后的纯水，再作为电解槽22的原料水流入电解槽22，经电解反应生成氢气、氧气和水的气液混合体。纯水经过整流电源1加热后温度升高，提高了进入电堆原料水的温度，可以加速制氢设备2启动过程，缩短启动时间。纯水流入电解槽22后经电解反应生成氢气、氧气和水的气液混合体，未电解反应的纯水带出电解槽22的热量流入散热装置23，在散热装置23中通过风扇进行热量交换，将热量散至空气中，同时将散热后的纯水输送至气液分离及水回收装置24。具体地，利用散热装置23中的风扇将热量散至空气中，降低了电解槽22的温度，保证了电解槽22在合适温度下安全运行。同样考虑到环境温度的影响，通常将电解槽22供水温度设置在55-60℃，出水口温度与进出水口温差在5℃左右。

在电解槽22中电解生成的氢气、氧气和水的气液混合体，流经气液分离及水回收装置24，将气液混合体分离成氢气、氧气和水，将分离后的氢气传输至气体纯化装置25进行干燥及纯化，得到干燥纯净的H₂。同时将分离后的水以及未电解的纯水输送至去离子纯化装置27，电解槽22在电解水制氢时对水质也有一定的要求，因此，在去离子纯化装置27中采用滤网及反渗透膜过滤设备，对分离后的水以及未电解的纯水进行过滤，并将过滤后得到的纯水补充进供水装置21，再次进入电解水制氢系统水循环中。通过将分离后的水以及未电解的纯水进行回收，避免了水资源的浪费，降低了运行成本。

本发明实施例中，电解水制氢系统还包括：仪器仪表与控制装置4，用于控制系统中的设备启停。在系统启动时，先启动整流电源1，再启动制氢设备2，在系统停运时，先关闭制氢设备2，再关闭整流电源1。通过仪器仪表与控制装置4控制设备按顺序启停，保证了制氢设备的安全运行，在启停过程中无需人为操作，可实现顺序控制，提高了系统智能化。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种电解水制氢系统，其特征在于，包括：整流电源、制氢设备及水箱，其中，

所述整流电源中设置有冷却水路，所述整流电源用于为所述制氢设备提供电源；

所述冷却水路的进水口与所述制氢设备中的供水装置连接，所述冷却水路的出水口与所述制氢设备中的电解槽连接；

所述水箱与所述供水装置连接，用于为所述供水装置提供纯水；

所述冷却水路将所述供水装置中的纯水经过整流电源传输至所述电解槽，以冷却所述整流电源，并将流经整流电源的纯水作为所述电解槽的原料水。

2.根据权利要求1所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述制氢设备还包括：散热装置、气液分离及水回收装置，其中，

所述散热装置的一端与所述电解槽连接，另一端与所述气液分离及水回收装置的第一输入端连接，用于将所述电解槽中未电解的纯水进行散热，并将散热后的纯水输送至所述气液分离及水回收装置；

所述气液分离及水回收装置的第二输入端与所述电解槽连接，输出端与所述供水装置连接，用于将所述电解槽中电解后的气液混合体分离成氢气、氧气和水，并将分离后的水以及经过所述散热装置散热后的纯水输送至所述供水装置。

3.根据权利要求2所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述制氢设备还包括：气体纯化装置，所述气体纯化装置的输入端与所述气液分离及水回收装置的第一输出端连接，用于将分离后的氢气进行干燥及纯化。

4.根据权利要求3所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述制氢设备还包括：补水装置，所述补水装置的一端与所述水箱连接，另一端与所述供水装置连接，用于将存储在水箱中的纯水传输至所述供水装置。

5.根据权利要求4所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述制氢设备还包括：去离子纯化装置，所述去离子纯化装置的一端与所述气液分离及水回收装置的第二输出端连接，另一端与所述供水装置连接，用于将分离后的水以及经过所述散热装置散热后的纯水进行过滤，并将过滤后得到的纯水补充进供水装置。

6.根据权利要求2所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述散热装置通过风扇与未电解的纯水进行热量交换。

7.根据权利要求5所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述去离子纯化装置由滤网及反渗透膜过滤设备构成。

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