CN114318360A - 一种热管理的循环换热系统 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种热管理的循环换热系统，包括循环管路和接入所述循环管路的电解制氢装置，所述循环管路上设置储能水箱，所述储能水箱通过管路外连有电热锅炉，所述电解制氢装置包括通过管路依次首尾连接的电解槽、氢分离器、碱液换热器和碱液冷却器形成的第一循环回路，所述循环管路经过所述电解制氢装置的所述碱液换热器进行换热，储能水箱通过循环管路和电解制氢装置的碱液换热器进行换热，由电热锅炉为水电解制氢装置进行供暖换热，使制氢装置温度持续保持在恒定温度，解决了水电解制氢装置间歇性开停机时槽温过低影响开机时间及电量损耗过大的问题，同时降低了电热锅炉的热量损耗。

Description

一种热管理的循环换热系统

技术领域

本申请涉及电解制氢技术领域，尤其涉及一种热管理的循环换热系统。

背景技术

风电、光伏等可在生能源发电后，经电解水制氢制取氢气是目前最主要的“绿氢”生产方式，为了消化大量的弃风、弃电或者企业的生产需求，会采用多台水电解制氢装置制来满足需求；基于弃风、弃电不稳定性和企业生产运行负荷调控等情况，装置会频繁开停机，那么保持电解液温度缩短开机时间，降低能耗尤为关键；同时在寒冷的地区，利用风电、光伏可再生能源发电的丰富电能，厂房、办公区域大多采用电热锅炉供暖，每天电热锅炉耗电量在5000KWh甚至更高，电耗过大，用电成本增加，热量损耗严重。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的目的在于提出一种热管理的循环换热系统，储能水箱通过循环管路和电解制氢装置的碱液换热器进行换热，由电热锅炉为水电解制氢装置进行供暖换热，使制氢装置温度持续保持在恒定温度，解决了水电解制氢装置间歇性开停机时槽温过低影响开机时间及电量损耗过大的问题，同时降低了电热锅炉的热量损耗。

为达到上述目的，本申请提出的一种热管理的循环换热系统，包括循环管路和接入所述循环管路的电解制氢装置，所述循环管路上设置储能水箱，所述储能水箱通过管路外连有电热锅炉，所述电解制氢装置包括通过管路依次首尾连接的电解槽、氢分离器、碱液换热器和碱液冷却器形成的第一循环回路，所述电解制氢装置还包括通过管路依次首尾连接的所述电解槽、氧分离器、所述碱液换热器和所述碱液冷却器形成第二循环回路，所述循环管路经过所述电解制氢装置的所述碱液换热器进行换热。

进一步地，在所述电解制氢装置中，所述电解槽和所述氧分离器之间设置有第二换热器，所述电解槽和所述氢分离器之间设置有第一换热器；所述热管理的循环换热系统还包括供暖循环管路，所述供暖循环管路经过所述电解制氢装置的第一换热器和第二换热器进行换热，所述供暖循环管路上还设置采暖设备，所述供暖循环管路通过将所述电解制氢装置的所述第一换热器和第二换热器换热以对所述采暖设备进行供暖。

进一步地，所述供暖循环管路的进水端接入所述储能水箱的出水口，所述供暖循环管路的出水端接入所述储能水箱的进水口。

进一步地，所述供暖循环管路还并联设置有旁通管路，所述旁通管路上设置有第三调节阀。

进一步地，所述供暖循环管路上还设置有循环泵，所述循环泵的出口处设置温度传感器。

进一步地，所述供暖循环管路上还设置有压力传感器。

进一步地，所述储能水箱出水口接入所述供暖循环管路的管路上设置有第一调节阀和第一切断阀。

进一步地，所述供暖循环管路的出水口接入所述储能水箱的进水口的管路上设置第二调节阀和第二切断阀。

进一步地，所述热管理的循环换热系统具有低温调节模式和高温调节模式，当处于低温调节时，第一切断阀、第二切断阀打开，所述第三调节阀关闭，第一调节阀根据所述温度传感器的传感温度进行开度调节，所述第二调节阀根据所述压力传感器的传感压力进行开度调节；

当处于高温调节模式时，所述第一切断阀、所述第二切断阀、所述调节阀和所述第二调节阀关闭，所述第三调节阀开启。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请一实施例提出的一种热管理的循环换热系统的局部结构示意图一；

图2是本申请另一实施例提出的一种热管理的循环换热系统的局部结构示意图二。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

图1是本申请一实施例提出的一种热管理的循环换热系统的结构示意图。

参见图1，一种热管理的循环换热系统，包括循环管路1和接入所述循环管路1的电解制氢装置，所述循环管路1上设置储能水箱2，所述储能水箱2通过管路外连有电热锅炉3，电热锅炉3用于对储能水箱2内循环水进行加热。所述电解制氢装置包括通过管路依次首尾连接的电解槽4、氢分离器5、碱液换热器6和碱液冷却器7形成的第一循环回路，所述电解制氢装置还包括通过管路依次首尾连接的所述电解槽4、氧分离器8、所述碱液换热器6和所述碱液冷却器7形成第二循环回路，所述循环管路1经过所述电解制氢装置的所述碱液换热器6进行换热。

本实施例中，电解制氢装置的数量不进行限制，可以根据实际产量需要进行设置，可以为一台，也可以为多台。当电解制氢装置为多台时，多台电解制氢装置可以并联接入循环管路中，通过循环管路与多台电解制氢装置的管路连接结构，电热锅炉可以选择性的为多台电解制氢装置进行换热，以维持其电解液的温度。

具体地，电解液进入电解槽4电解后温度升高达到85±5℃，氢气夹杂碱液进入氢分离器5、氧气夹杂碱液进入氧分离器8，经氢分离器5、氧分离器8气液分离后，碱液汇集进入碱液冷去器7冷却至65±5℃，在经循环泵进入电解槽4电解，基于以上情况电解槽出口高温废热可以进行充分的利用；同时电解液进入电解槽前温度要控制在合适的温度，温度过低会增加电解液电阻增加电耗，温度过高会导致电解槽超温，因此电解液的温度对于水电解制氢装置效率尤为重要，不但影响了装置开停机时间、装置的能耗，同时也影响了系统的安全。在氢分离器、氧分离器碱液汇合处碱液冷却器上游增加碱液换热器，经电热锅炉加温的储能水箱(65-75℃)，储能水箱的水通过循环泵进入碱液换热器中，对电解液进行换热，换热完成后回到储能水箱。

如图2所示，在所述电解制氢装置中，所述电解槽4和所述氧分离器8之间设置有第二换热器9，所述电解槽4和所述氢分离器5之间设置有第一换热器10；所述热管理的循环换热系统还包括供暖循环管路11，所述供暖循环管路11经过所述电解制氢装置的第一换热器10和第二换热器9进行换热，所述供暖循环管路11上还设置采暖设备12，所述供暖循环管路11通过将所述电解制氢装置的所述第一换热器10和第二换热器9换热以对所述采暖设备12进行供暖。

本实施例中，供暖循环管路11依次连接第一换热器10、第二换热器9和采暖设备12形成循环回路，通过利用水电解制氢装置的废热为采暖设备12供暖，充分利用了电解槽废热，在多台制氢装置运行其装置自身产生的热量即可满足采暖设备的温度要求，电热锅炉将会处在待机模式下，不但有效减少了电热锅炉运行时间、降低了的用电消耗，同时保证了制氢装置的系统温度稳定，从而缩短开机时间降低开机能耗，使效率最大化，为企业节约成本。

具体地，供暖循环管路内的循环水经过第一换热器和第二换热器换热加温后经过循环泵进入采暖设备供热，供热后进入水电解制氢装置换热器内，利用电解槽废热对循环水进行换热加温，换热后的循环水进入循环泵为采暖设备供暖，如此循环。

所述供暖循环管路11的进水端接入所述储能水箱2的出水口，所述供暖循环管路11的出水端接入所述储能水箱2的进水口。由此电热锅炉3和电解制氢装置的废热可以交替对采暖设备12进行供暖，当水电解制氢装置停机或废热不能满足供暖需求，可以启动电热锅炉对循环水加热，通过供暖循环管路对采暖设备进行供暖。

所述供暖循环管路11还并联设置有旁通管路，所述旁通管路上设置有第三调节阀13。第三调节阀13旁通开启，可以减少进入水电解制氢装置换热器的循环水量，从而达到降低温度的作用，能够对循环水的温度进行调节。

所述供暖循环管路11上还设置有循环泵14，所述循环泵14的出口处设置温度传感器，通过设置循环泵可以加快循环水的流动速度，提高电解制氢装置的废热利用效率。通过设置温度传感器可以监控循环水的温度，便于及时调节。

所述供暖循环管路11上还设置有压力传感器，提高设置压力传感器可以监控供暖循环管路的压力情况，方便及时调节，避免系统超压。

所述储能水箱2出水口接入所述供暖循环管路11的管路上设置有第一调节阀15和第一切断阀16。

所述供暖循环管路11的出水口接入所述储能水箱2的进水口的管路上设置第二调节阀17和第二切断阀18。

本实施例中，通过第一切断阀16和第二切断阀18的关闭可以断开带电热锅炉3的供热，实现电解制氢装置的废热和采暖设备的循环换热。通过第一调节阀15和第二调节阀17可以调节电热锅炉3对供暖循环管路11的供热水量，进而调节供暖循环管路内的循环水的温度，使其满足采暖设备的采暖需求即电解制氢装置的温度要求。

所述热管理的循环换热系统具有低温调节模式和高温调节模式，当处于低温调节时，第一切断阀16、第二切断阀18打开，所述第三调节阀13关闭，第一调节阀15根据所述温度传感器的传感温度进行开度调节，所述第二调节阀17根据所述压力传感器的传感压力进行开度调节；

当处于高温调节模式时，所述第一切断阀16、所述第二切断阀18、所述第一调节阀15和所述第二调节阀17关闭，所述第三调节阀13开启。

本系统设置了高温和低温调节控制措施，低温调节：循环泵14出口处设置温度传感器，当回水换热温度低于60℃或者处于停机状态时，储能水箱2出口第一切断阀16打开、第二切断阀18打开，第一调节阀15根据温度传感器反馈温度进行开度调节，第二调节阀17的开度根据压力变送器反馈的系统压力进行调节，使系统在利用储能水箱供暖时系统不因第一调节阀15、第一切断阀16开启导致系统超压；当温度达到65℃时，第一切断阀16、第二切断阀18、第一调节阀15、第二调节阀17关闭；高温调节：当温度传感器温度高于设定值70℃时，第三调节阀13旁通开启，减少进入水电解制氢装置第一换热器10、第二换热器9的循环水量，从而达到降低温度的作用，当温度低于65℃时，第三调节阀13关闭，增加进入水电解装置第一换热器10、第二换热器9的循环水量，从而达到增加温度的作用。

储能水箱2设置温度传感器温度保持在65℃—75℃，当监测温度低于下限时，电热锅炉加热，当温度高于75℃时电热锅炉关闭，循环水经循环泵进入水电解制氢系统，每台水电解制氢装置也可以均设置碱液温度传感器监测碱液温度，碱液温度设定60℃；如：当温度传感器监测温度低于60℃时，第一调节阀15打开，碱液换热器6进水量增大，从而为装置进行换热，当制氢装置系统温度到达60℃时，第一调节阀门15关小，达到温度恒定的目的。

本申请采用电热锅炉为多台水电解制氢装置供暖，保持水电解制氢装置的系统温度的同时又利用废热为全厂供暖，其优点电解槽稳定运行时，运行的水电解制氢装置自身产能的热量，就以满足水电解制氢换热系统的温度需求，电热锅炉极大时间处于空载运行或者底负荷运行，也能够满足其他停机下电解槽装置的保温要求，降低了电锅炉的用电能耗的同时，也保证了制氢装置歇性开停机的需求，减少了电解槽的开机时间降低了用电能耗；在运行中的电解槽产生的废热通过循环泵进入供暖用户，又充分的利用了电解槽的废热，在多台电解槽稳定运行时，电热锅炉处于空载运行的状态下，极大的降低了企业能耗，为企业节约了成本。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种热管理的循环换热系统，其特征在于，包括循环管路和接入所述循环管路的电解制氢装置，所述循环管路上设置储能水箱，所述储能水箱通过管路外连有电热锅炉，所述电解制氢装置包括通过管路依次首尾连接的电解槽、氢分离器、碱液换热器和碱液冷却器形成的第一循环回路，所述电解制氢装置还包括通过管路依次首尾连接的所述电解槽、氧分离器、所述碱液换热器和所述碱液冷却器形成第二循环回路，所述循环管路经过所述电解制氢装置的所述碱液换热器进行换热。

2.如权利要求1所述的热管理的循环换热系统，其特征在于，在所述电解制氢装置中，所述电解槽和所述氧分离器之间设置有第二换热器，所述电解槽和所述氢分离器之间设置有第一换热器；所述热管理的循环换热系统还包括供暖循环管路，所述供暖循环管路经过所述电解制氢装置的第一换热器和第二换热器进行换热，所述供暖循环管路上还设置采暖设备，所述供暖循环管路通过将所述电解制氢装置的所述第一换热器和第二换热器换热以对所述采暖设备进行供暖。

3.如权利要求2所述的热管理的循环换热系统，其特征在于，所述供暖循环管路的进水端接入所述储能水箱的出水口，所述供暖循环管路的出水端接入所述储能水箱的进水口。

4.如权利要求2所述的热管理的循环换热系统，其特征在于，所述供暖循环管路还并联设置有旁通管路，所述旁通管路上设置有第三调节阀。

5.如权利要求2所述的热管理的循环换热系统，其特征在于，所述供暖循环管路上还设置有循环泵，所述循环泵的出口处设置温度传感器。

6.如权利要求2所述的热管理的循环换热系统，其特征在于，所述供暖循环管路上还设置有压力传感器。

7.如权利要求4所述的热管理的循环换热系统，其特征在于，所述储能水箱出水口接入所述供暖循环管路的管路上设置有第一调节阀和第一切断阀。

8.如权利要求7所述的热管理的循环换热系统，其特征在于，所述供暖循环管路的出水口接入所述储能水箱的进水口的管路上设置第二调节阀和第二切断阀。

9.如权利要求8所述的热管理的循环换热系统，其特征在于，所述热管理的循环换热系统具有低温调节模式和高温调节模式，当处于低温调节时，第一切断阀、第二切断阀打开，所述第三调节阀关闭，第一调节阀根据所述温度传感器的传感温度进行开度调节，所述第二调节阀根据所述压力传感器的传感压力进行开度调节；

当处于高温调节模式时，所述第一切断阀、所述第二切断阀、所述调节阀和所述第二调节阀关闭，所述第三调节阀开启。

Images