CN114134523A - 一种自动化低功耗制氢储氢装置及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自动化低功耗制氢储氢装置及其制备方法，共中所述装置包括氧分水箱、纯水制氢电解槽、储氢瓶、第一两位三通阀、第二两位三通阀和控制组件，所述氧分水箱和纯水制氢电解槽均与控制组件电连接，所述氧分水箱的出液口与纯水制氢电解槽的进液口连通，纯水制氢电解槽的氧气出口经第一两位三通阀与氧分水箱的进液口连通，储氢瓶通过第二两位三通阀分别与与纯水制氢电解槽及用氢设备连接，所述氧分水箱的出液口高于纯水制氢电解槽的氧气出口，利用高度差，使氧分水箱中的水因重力进入纯水制氢电解槽中，并将空气排出，从而使纯水制氢电解槽中注满水，无需泵送，大大减少了电量消耗，更节能，还可实现自动制氢功能，自动化程度高。

Description

一种自动化低功耗制氢储氢装置及其制备方法
技术领域
本发明涉及电解制氢储氢领域，尤其是涉及一种自动化低功耗制氢储氢装置及其制备方法。
背景技术
氢气因其热值高，无污染产生的特点，被认为是一种理想的能源。目前获取氢气的方法很多，有化石燃料裂解产氢、电解水产氢、工业废气重整制氢等。其中，电解水制氢技术因其制取的氢气纯度高、原料只需水等优点，可用在燃料电池、气体导热、电子微芯片制造、质谱分析等多个领域。
现有的电解水制氢装置因需要用泵来输送液体，确保电解槽内充满水分，电耗较多；而且需要专门的制氢储氢时间，不方便使用。
因而现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种自动化低功耗制氢储氢装置，以达到减少电能消耗，实现自动检测制氢、储氢、用氢的目的。
为解决以上技术问题，本发明采取了以下技术方案：
一种自动化低功耗制氢储氢装置，包括用于供水的氧分水箱、用于制氢的纯水制氢电解槽、用于暂存氢气的储氢瓶、第一两位三通阀、第二两位三通阀和控制组件，所述氧分水箱和纯水制氢电解槽均与控制组件电连接，所述氧分水箱的出液口与纯水制氢电解槽的进液口连通，所述纯水制氢电解槽的氧气出口经第一两位三通阀与氧分水箱的进液口连通，所述储氢瓶通过第二两位三通阀分别与与纯水制氢电解槽及用氢设备连接，所述氧分水箱的出液口高于纯水制氢电解槽的氧气出口，使氧分水箱中的水因重力进入纯水制氢电解槽中，并将纯水制氢电解槽中的空气排出。
所述的自动化低功耗制氢储氢装置，还包括用于分离氢气与水分的氢分器和用于干燥氢气的干燥组件，所述氢分器与纯水制氢电解槽的出气口连通，所述干燥组件与氢分器的出气口连通，所述干燥组件的出气口与储氢瓶的氢气出口连通。
所述的自动化低功耗制氢储氢装置中，所述控制组件包括控制板、继电器、DC/DC电源转换器、用于检测纯水制氢电解槽的温度检测器、用于给纯水制氢电解槽降温的风扇和压力传感器，所述压力传感器和继电器均与控制制板电连接，所述DC/DC电源转换器和风扇均与继电器电连接，所述温度检测器设置于纯水制氢电解槽的氧气出口处，所述风扇设置于纯水制氢电解槽的一侧，所述压力传感器设置于干燥组件与储氢瓶之间。
所述的自动化低功耗制氢储氢装置中，所述氧分水箱上部具有添液孔，氧分水箱的出液口低于进液口，其底部有排污口，排污口处设有堵头。
所述的自动化低功耗制氢储氢装置中，所述纯水制氢电解槽的进液口低于其氧气出口，所述氢气出口及氧气出口均位于纯水制氢电解槽的顶端。
所述的自动化低功耗制氢储氢装置中，所述氢分器的下部设置有排液管，所述排液管上设置有电磁阀，所述氢分器中设置有三浮球水位开关，所述三浮球水位开关与主控制板连接，所述电磁阀与继电器连接。
所述的自动化低功耗制氢储氢装置中，所述第一两位三通阀的a端口连接氧分水箱的进液口，b端口连接纯水制氢电解槽的氧气出口，c端口连接排液管。
所述的自动化低功耗制氢储氢装置中，所述第二两位三通阀的d端口连接干燥组件，e端口连接用氢设备，f端口连接储氢罐。
一种自动化低功耗制氢储氢装置的制备方法，包括以下步骤：
启动DC/DC电源转换器，转动第一两位三通阀，使其b端口、c端口接通，让氧分水箱内的水，进入纯水制氢电解槽中，并通过纯水制氢电解槽后流出，排出其中的气体；
再次转动第一两位三通阀，使其a端口、b端口接通，让水充满整个纯水制氢电解槽内。
转动第二两位三通阀门，使其d端口、f端口接通，在接通电源后，纯水制氢电解槽开始电解制取氢气，氢气进入氢分器后，与水进行初步分离；制氢过程产生的氧气和水通过氧气出口进入氧分水箱中；
分离后的氢气进入干燥组件，进一步脱去气体中的水分，再进入储氢瓶中。
所述的自动化低功耗制氢储氢装置的制备方法中，所述分离后的氢气进入干燥组件，进一步脱去气体中的水分，再进入储氢瓶中步骤包括：
当压力传感器检测压力达到设定的停止产氢的压力值时，DC/DC电源转换器断开，纯水制氢电解槽停止产氢；
用氢时，转动第二两位三通阀使e端口、f端口接通，让储氢瓶内的氢气通过减压阀后，稳定输出压力给用氢设备使用；
停止用氢时，转动第二两位三通阀再次使d端口、f端口接通，储氢瓶与用氢设备的气路断开，当检测到制氢装置内的压力低于设定的产氢压力值时，DC/DC电源转换器接通，纯水制氢电解槽开始产氢；
在制氢过程中，通过温度检测器检测纯水制氢电解槽的氧气出口端附近的温度，当温度超过设定值时，DC/DC电源转换器断开，设备停止产氢，待冷却完毕排除问题后，DC/DC电源转换器继续接通开始电解产氢；
DC/DC电源转换器接通时，风扇在一段时间后开始转动；DC/DC电源转换器断开时，风扇继续转动一段时间后停止。
相较于现有技术，本发明提供的自动化低功耗制氢储氢装置及其制备方法，通过自动化低功耗制氢储氢装置中的氧分水箱、纯水制氢电解槽、储氢瓶和控制组件即可达到自动制氢功能，自动化程度高，还利于氧分水箱的出液口与纯水制氢电解槽的氧气出口间的高度差，从而利用水的自重进入纯水制氢电解槽中并注满，无需泵送，大大减小了耗电量。
附图说明
图1为本发明提供的自动化低功耗制氢储氢装置的结构示意图。
图2为本发明提供的自动化低功耗制氢储氢装置的氧分水箱与纯水制氢电解槽的连接结构示意图。
图3为本发明的自动化低功耗制氢储氢装置的储气罐处的结构示意图。
图中，DC/DC电源转换器1、继电器2、控制板3、压力传感器4、第二两位三通阀5、减压阀6、用氢设备7、储氢瓶8、干燥组件9、三浮球水位开关10、氢分器11、温度检测器12、第一两位三通阀13、纯水制氢电解槽14、风扇15、电磁阀16、堵头17、氧分水箱18、添液孔181
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当机构被称为“装设于”、“固定于”或“设置于”另一个机构上，它可以直接在另一个机构上或者可能同时存在居中机构。当一个机构被称为是“连接于”另一个机构，它可以是直接连接到另一个机构或者可能同时存在居中机构。
还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
请参阅图1和图2，本发明提供的自动化低功耗制氢储氢装置包括用于供水的氧分水箱18、用于制氢的纯水制氢电解槽14、用于暂存氢气的储氢瓶8、第一两位三通阀13、第二两位三通阀5和控制组件(图中未标号)，所述氧分水箱18和纯水制氢电解槽14均与控制组件电连接，所述氧分水箱18的出液口与纯水制氢电解槽14的进液口连通，所述纯水制氢电解槽14的氧气出口经第一两位三通阀13与氧分水箱18的进液口连通，所述储氢瓶8通过第二两位三通阀5分别与与纯水制氢电解槽14及用氢设备7连接，所述氧分水箱18的出液口高于纯水制氢电解槽14的氧气出口，以确保使氧分水箱18的出液口与纯水制氢电解槽14的氧气出口间的高度差，使氧分水箱18中的水因重力进入纯水制氢电解槽14中，并将纯水制氢电解槽14中的空气排出，从而使纯水制氢电解槽14中注满水，较于现有的需要通过泵送，本实施例大大减少了电量消耗，更节能，而且通过所述控制组件控制氧分水箱18、纯水制氢电解槽14、储氢瓶8的工作状态，以实现自动制氢功能，自动化程度高。
其中，所述氧分水箱18上部具有添液孔181，通过所述添液孔181往氧分水箱18中加液，以保证氧分水箱18中的水量，氧分水箱18的出液口低于进液口，使水因自重从出液口排出，避免水从进液口排出，以保证给注满纯水制氢电解槽14，而且所述氧分水箱18的底部有排污口，排污口处设有堵头17，可以起到排污作用。
所述纯水制氢电解槽14的进液口低于其氧气出口，所述氢气出口及氧气出口均位于纯水制氢电解槽14的顶端，以便于氧气和氢气排出。具体地，所述纯水制氢电解槽14中设置有质子交换膜，其一侧为制氧侧，另一侧为制氢侧，可杜绝气体通过，所述氧气出口与制氧侧连通，所述氢气出口与制氢侧连通，通过所述氧气出口及氢气出口以排出纯水制氢电解槽14中的氧气和氢气。由于所述纯水制氢电解槽14为现有技术，此处不再赘述。
所述的自动化低功耗制氢储氢装置还包括用于分离氢气与水分的氢分器11和用于干燥氢气的干燥组件9，所述氢分器11与纯水制氢电解槽14的出气口连通，所述干燥组件9与氢分器11的出气口连通，所述干燥组件9的出气口与储氢瓶8的氢气出口连通，使纯水制氢电解槽14中制取的氢气经氢分器11进行初步水气分离后，再进入干燥组件9进行下一步干燥，以保证进入储氢罐中的氢气质量。
请继续参阅图1，所述控制组件包括控制板3、继电器2、DC/DC电源转换器1、用于检测纯水制氢电解槽14的温度的温度检测器12、用于给纯水制氢电解槽14降温的风扇15和压力传感器4，所述压力传感器4和继电器2均与控制制板电连接，所述DC/DC电源转换器1和风扇15均与继电器2电连接，所述温度检测器12设置于纯水制氢电解槽14的氧气出口处，所述风扇15设置于纯水制氢电解槽14的一侧，所述压力传感器4设置于干燥组件9与储氢瓶8之间，使本实施例中的压力值处于0.1MPa-1.6Mpa之间，以保持低压储存。其中，所述温度检测器12的检测范围设定于65℃-75℃之间，以以控制DC/DC电源转换器1和风扇15的启动和停止。
其中，所述氢分器11的下部设置有排液管(图中未标号)，所述排液管上设置有电磁阀16，所述氢分器11中设置有三浮球水位开关10，所述三浮球水位开关10与主控制板3连接，所述电磁阀16与继电器2连接，当三浮球水位开关10的中端和下端的浮球都浮起时，所述电磁阀16打开，氢分器11中的水经排液管排出；当三浮球水位开关10的中端和下端的浮球都落下时，电磁阀16关闭；当三浮球水位开关10上端的浮球浮起时，电源转上换器断开，设备停止产氢，需要进行故障排除。具体的，所述三浮球水位开关10的下端的浮球距氢分器11的内底部有预设间距，使氢分器11中具有预设水位密封，以防止氢气从氢分器11的下部溢出。
如图2所示，所述第一两位三通阀的a端口连接氧分水箱18的进液口，b端口连接纯水制氢电解槽14的氧气出口，c端口连接排液管，通过控制a端口、b端口导通，即可使纯水制氢电解槽14中的氧气进入氧分水箱18中；通过控制b端口、c端口，即可使纯水制氢电解槽14中的空气及水排出。
请一并参阅图3，所述第二两位三通阀5的d端口连接干燥组件9，e端口连接用氢设备7，f端口连接储氢罐，通过控制d端口、f端口导通，即可使干燥后的氢气进入储氢罐中储存；通过控制e端口、f端口导通，即可使储氢罐中的氢气进入用氢设备7中，供其使用。
基本上述的自动化低功耗制氢储氢装置，本发明还相应提供一种自动化低功耗制氢储氢装置的制备方法(请继续参阅图1、图2和图3)，包括以下步骤：
S1、启动DC/DC电源转换器1，转动第一两位三通阀13，使其b端口、c端口接通，让氧分水箱18内的水，进入纯水制氢电解槽14中，并通过纯水制氢电解槽14后流出，排出其中的气体；
S2、再次转动第一两位三通阀13，使其a端口、b端口接通，让水充满整个纯水制氢电解槽14内。
S3、转动第二两位三通阀5，使其d端口、f端口接通，在接通电源后，纯水制氢电解槽14开始电解制取氢气，氢气进入氢分器11后，与水进行初步分离；制氢过程产生的氧气和水通过氧气出口进入氧分水箱18中；
S4、分离后的氢气进入干燥组件9，进一步脱去气体中的水分，再进入储氢瓶8中。
进一步地，所述步骤S4包括：
S401、当压力传感器4检测压力达到设定的停止产氢的压力值时，DC/DC电源转换器1断开，纯水制氢电解槽14停止产氢；
S402、用氢时，转动第二两位三通阀5使e端口、f端口接通，让储氢瓶8内的氢气通过减压阀6后，稳定输出压力给用氢设备7使用；
S403、停止用氢时，转动第二两位三通阀5再次使d端口、f端口接通，储氢瓶8与用氢设备7的气路断开，当检测到制氢装置内的压力低于设定的产氢压力值时，DC/DC电源转换器1接通，纯水制氢电解槽14开始产氢；
S404、在制氢过程中，通过温度检测器12检测纯水制氢电解槽14的氧气出口端附近的温度，当温度超过设定值时，DC/DC电源转换器1断开，设备停止产氢，待冷却完毕排除问题后，DC/DC电源转换器1继续接通开始电解产氢；
S405、DC/DC电源转换器1接通时，风扇15在一段时间后开始转动；DC/DC电源转换器1断开时，风扇15继续转动一段时间后停止。
下面通过一实施例举例，使本发明的结构更加清楚：
现有一进口压力需稳定在0.8MPa的氢燃料电池系统。设置减压阀6进口压力在1MPa、出口压力在0.8MPa，在控制板3上设定产氢最低压力值为1.1MPa和停止产氢的最高压力值1.5MPa，系统保护温度设定在70℃。
步骤一，设备接通后，氧分水箱18内的水通过转动第一两位三通阀13排出纯水制氢电解槽14内的气体，使之充满水份，DC/DC电源转换器1接通电源后，纯水制氢电解槽14开始电解水产生氢气，温度检测器12将检测到的温度信号输送至控制板3，风扇15在通电5分钟后开始转动散热。电解出的氧气和水一起回流至氧分水箱18，氢气通过氢分器11初步将气体和所含的少量水分分离，之后通过干燥组件9进一步脱去气体中的水分。氢气通过第二两位三通阀5后进入储氢瓶8内，压力传感器4将检测到的系统压力输送给控制板3。当检测到的压力不小于1.5MPa时，继电器2断开，DC/DC电源转换器1停止给纯水制氢电解槽14供电，产氢停止，1分钟后风扇15停止转动。
制氢过程中，若三浮球水位开关10的下端和中端浮球浮起时，电磁阀16打开，将氢分器11内的水分排出；当三浮球水位开关10的下端和中端浮球落下时，电磁阀16闭合；当三浮球水位开关10的上端浮球浮起或当检测的温度超过70℃时，DC/DC电源转换器1停止给纯水制氢电解槽14供电，产氢停止。
步骤二，转动第二两位三通阀5，储氢瓶8内的氢气通过减压阀6后进入用氢设备7开始消耗氢气。停止用氢后，转动第二两位三通阀5使出氢口关闭，储氢瓶5与前端制氢部分形成通路，此时若压力传感器4检测到的压力小于1.1MPa时，重复步骤一充氢至1.5MPa。
以上往复，即可实现自动制氢功能。
综上所述，本发明提供的自动化低功耗制氢储氢装置及其制备方法，通过自动化低功耗制氢储氢装置中的氧分水箱、纯水制氢电解槽、储氢瓶和控制组件即可达到自动制氢功能，自动化程度高，还利于氧分水箱的出液口与纯水制氢电解槽的氧气出口间的高度差，从而利用水的自重进入纯水制氢电解槽中并注满，无需泵送，大大减小了耗电量。
进一步地，还通过温度检测器、压力传感器等，以保证氢气呈低压储氢方式，以保证安全生产。
此外，本发明还具有结构简单、操作简便等特点。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动化低功耗制氢储氢装置，其特征在于，包括用于供水的氧分水箱、用于制氢的纯水制氢电解槽、用于暂存氢气的储氢瓶、第一两位三通阀、第二两位三通阀和控制组件，所述氧分水箱和纯水制氢电解槽均与控制组件电连接，所述氧分水箱的出液口与纯水制氢电解槽的进液口连通，所述纯水制氢电解槽的氧气出口经第一两位三通阀与氧分水箱的进液口连通，所述储氢瓶通过第二两位三通阀分别与与纯水制氢电解槽及用氢设备连接，所述氧分水箱的出液口高于纯水制氢电解槽的氧气出口，使氧分水箱中的水因重力进入纯水制氢电解槽中，并将纯水制氢电解槽中的空气排出。
2.根据权利要求1所述的自动化低功耗制氢储氢装置，其特征在于，还包括用于分离氢气与水分的氢分器和用于干燥氢气的干燥组件，所述氢分器与纯水制氢电解槽的出气口连通，所述干燥组件与氢分器的出气口连通，所述干燥组件的出气口与储氢瓶的氢气出口连通。
3.根据权利要求2所述的自动化低功耗制氢储氢装置，其特征在于，所述控制组件包括控制板、继电器、DC/DC电源转换器、用于检测纯水制氢电解槽的温度的温度检测器、用于给纯水制氢电解槽降温的风扇和压力传感器，所述压力传感器和继电器均与控制制板电连接，所述DC/DC电源转换器和风扇均与继电器电连接，所述温度检测器设置于纯水制氢电解槽的氧气出口处，所述风扇设置于纯水制氢电解槽的一侧，所述压力传感器设置于干燥组件与储氢瓶之间。
4.根据权利要求1所述的自动化低功耗制氢储氢装置，其特征在于，所述氧分水箱上部具有添液孔，氧分水箱的出液口低于进液口，其底部有排污口，排污口处设有堵头。
5.根据权利要求1所述的自动化低功耗制氢储氢装置，其特征在于，所述纯水制氢电解槽的进液口低于其氧气出口，所述氢气出口及氧气出口均位于纯水制氢电解槽的顶端。
6.根据权利要求3所述的自动化低功耗制氢储氢装置，其特征在于，所述氢分器的下部设置有排液管，所述排液管上设置有电磁阀，所述氢分器中设置有三浮球水位开关，所述三浮球水位开关与主控制板连接，所述电磁阀与继电器连接。
7.根据权利要求6所述的自动化低功耗制氢储氢装置，其特征在于，所述第一两位三通阀的a端口连接氧分水箱的进液口，b端口连接纯水制氢电解槽的氧气出口，c端口连接排液管。
8.根据权利要求2所述的自动化低功耗制氢储氢装置，其特征在于，所述第二两位三通阀的d端口连接干燥组件，e端口连接用氢设备，f端口连接储氢罐。
9.一种自动化低功耗制氢储氢装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
启动DC/DC电源转换器，转动第一两位三通阀，使其b端口、c端口接通，让氧分水箱内的水，进入纯水制氢电解槽中，并通过纯水制氢电解槽后流出，排出其中的气体；
再次转动第一两位三通阀，使其a端口、b端口接通，让水充满整个纯水制氢电解槽内。
转动第二两位三通阀门，使其d端口、f端口接通，在接通电源后，纯水制氢电解槽开始电解制取氢气，氢气进入氢分器后，与水进行初步分离；制氢过程产生的氧气和水通过氧气出口进入氧分水箱中；
分离后的氢气进入干燥组件，进一步脱去气体中的水分，再进入储氢瓶中。
10.根据权利要求9所述的自动化低功耗制氢储氢装置的制备方法，其特征在于，所述分离后的氢气进入干燥组件，进一步脱去气体中的水分，再进入储氢瓶中步骤包括：
当压力传感器检测压力达到设定的停止产氢的压力值时，DC/DC电源转换器断开，纯水制氢电解槽停止产氢；
用氢时，转动第二两位三通阀门使e端口、f端口接通，让储氢瓶内的氢气通过减压阀后，稳定输出压力给用氢设备使用；
停止用氢时，转动第二两位三通阀再次使d端口、f端口接通，储氢瓶与用氢设备的气路断开，当检测到制氢装置内的压力低于设定的产氢压力值时，DC/DC电源转换器接通，纯水制氢电解槽开始产氢；
在制氢过程中，通过温度检测器检测制氢电解槽的氧气出口端附近的温度，当温度超过设定值时，DC/DC电源转换器断开，设备停止产氢，待冷却完毕排除问题后，DC/DC电源转换器继续接通开始电解产氢；
DC/DC电源转换器接通时，风扇在一段时间后开始转动；DC/DC电源转换器断开时，风扇继续转动一段时间后停止。
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