CN115142072A - 一种电解水制氢系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种电解水制氢系统，属于制氢技术领域，包括：电解槽；均压器，具有氢气气室和氧气气室；透平发电组件，具有透平和与透平连接的发电机；所述透平与氢气气室连通；所述发电机与电源连接；本发明的电解水制氢系统，氢气进入到透平中，透平带动发动机进行发电，此时，氢气的压力下降，可有效、快速的消除由于功率波动引起的氢氧两侧的压差，有效避免核心部件膜电极反复溶胀，催化剂脱落等现象，缓解性能衰减；同时，通过气体的势能产生额外的电能，减小系统能耗。

Description

一种电解水制氢系统
技术领域
本发明涉及制氢技术领域，具体涉及一种电解水制氢系统。
背景技术
氢能源作为一种清洁能源，能量密度高、利用过程无污染、可长时间存储，随着氢能源的普及，市场对于氢能源的需求变得越来越高。
随着诸如光伏、风电等新能源技术的发展，电解水制氢技术逐渐发展，成为探索解决弃风、弃光问题的有效方法之一，逐步成为国际上电解制氢技术的发展趋势与研究热点。
在电解水制氢过程中，由于氢气和氧气产生的摩尔数之比为2:1，制氢系统在波动性可再生能源接入的情况下会引起氢氧侧压差变化，导致核心部件膜电极反复溶胀，催化剂脱落，加速性能衰减。
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的制氢系统在波动性可再生能源接入的情况下会引起氢氧侧压差变化，导致核心部件膜电极反复溶胀，催化剂脱落，加速性能衰减的缺陷，从而提供一种电解水制氢系统。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种电解水制氢系统，包括：
电解槽，具有阳极室和阴极室；所述阳极室通过导线与电源的正极连接，所述阴极室通过导线与电源的负极连接；
均压器，具有氢气气室和氧气气室；所述氢气气室的进口与所述阴极室连通，出口与氢侧气液分离器连通；所述氧气气室的进口与所述阳极室连通，出口与氧侧气液分离器连通；
透平发电组件，具有透平和与透平连接的发电机；所述透平与氢气气室连通；所述发电机与电源连接。
作为优选方案，还包括：
热回收组件，具有冷源管路和热源管路；所述热源管路与电解槽连通设置；所述冷源管路与氧气气室和/或氢气气室连通设置。
作为优选方案，所述冷源管路具有第一冷源管路和第二冷源管路；所述第一冷源管路与氧气气室连通；所述第二冷源管路与氢气气室连通。
作为优选方案，所述氢气气室和所述氧气气室的体积可调节的设置。
作为优选方案，所述均压器包括壳体，所述壳体内滑动设置有滑动件；所述滑动件将壳体分隔成所述氧气气室和氢气气室。
作为优选方案，所述透平发电组件的运行温度为20-300度。
作为优选方案，所述电解槽为碱性电解槽或质子交换膜电解槽。
作为优选方案，所述阴极室通过第一管路与所述氢气气室连通；所述阳极室通过第二管路与所述氧气气室连通；所述第一管路和所述第二管路上均设置有温度计、压力计和调节阀。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的一种电解水制氢系统，包括：电解槽、均压器和透平发电组件；当电解槽运行在较高的功率条件下，氢气和氧气的产率较高且较稳定，气源充足，启动透平发电组件；氢气进入到透平中，透平带动发动机进行发电，此时，氢气的压力下降，可有效、快速的消除由于功率波动引起的氢氧两侧的压差，有效避免核心部件膜电极反复溶胀，催化剂脱落等现象，缓解性能衰减；同时，通过气体的势能产生额外的电能，减小系统能耗。
2.本发明提供的一种电解水制氢系统，还包括：热回收组件；在水解制氢过程中，由于电流热效应会使电解槽中的电解液温度不断升高，因此电解液中有多于的热量；在本方案中，通过设置热回收组件，将电解液的热量传递给气体；同时，冷源管路分开分别与氧气气室和氢气气室分开连通，可以分别对氧气和氢气进行加热，提高气体做功能力，提高发电量，减小系统能耗；对氧气加热时可以增加氧气的压力，调整氧气和氢气的压差。
3.本发明提供的一种电解水制氢系统，通过滑动件将壳体分隔成氧气气室和氢气气室；使得氢气气室和氧气气室之间不连通，但是可以通过气室之间的压差，推动滑动件向压力低的一侧发生形变或者移动，减小了氢气气室和氧气气室两侧的压差，进而实现平衡压力的过程。
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为本发明的一种电解水制氢系统的结构示意图。
附图标记说明：
1、电源；2、电解槽；3、热回收组件；4、均压器；5、氢气气室；6、氧气气室；7、透平发电组件；8、氢侧气液分离器；9、氧侧气液分离器。
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。
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，可以是两个元件内部的连通。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。
本发明提供一种电解水制氢系统，如图1所示，包括：电解槽2、均压器4和透平发电组件7；电解槽2具有阳极室和阴极室，阳极室通过导线与电源1的正极连接，阴极室通过导线与电源1的负极连接；均压器4通过管路与电解槽2连通；具体的，均压器4具有氢气气室5和氧气气室6；氢气气室5的进口与阴极室连通，出口与氢侧气液分离器8；氧气气室6的进口与阳极室连通，出口与氧侧气液分离器9连通。
为了利用氢气的能量，还设置有透平发电组件7；透平发电组件7具有透平和与透平连接的发电机；透平与氢气气室5连通，发电机与电源1连接。
当电解槽2运行在较高的功率条件下，氢气和氧气的产率较高且较稳定，气源充足，启动透平发电组件7；氢气进入到透平中，透平带动发电机进行发电，发电机与电源1连接，为电解槽2供电；此时，氢气的压力下降，可有效、快速的消除由于功率波动引起的氢氧两侧的压差，有效避免核心部件膜电极反复溶胀，催化剂脱落等现象，缓解性能衰减；同时，通过气体的势能产生额外的电能，减小系统能耗。
在水解制氢过程中，由于电流热效应会使电解槽2中的电解液温度不断升高，因此电解液中有多于的热量；通过设置热回收组件3，将电解液的热量传递给氢气和/或氧气；具体的，热回收组件3具有冷源管路和热源管路热源管路与电解槽2连通设置，冷源管路与氧气气室6和/或氢气气室5连通设置。
具体的，在本方案中，冷源管路具有第一冷源管路和第二冷源管路，第一冷源管路与氧气气室6连通，第二冷源管路与氢气气室5连通。通过第一冷源管路和第二冷源管路的设置，可以分别对氢气气室5和氧气气室6进行加热；当单独对氧气气室6单独加热时，可以增加氧气压力，调节氢气气室5和氧气气室6的压差；当单独对氢气气室5进行加热时，可以增加氢气的能量，增加发电功率。
为了进一步调整氢气气室5和氧气气室6的压差，氢气气室5和氧气气室6的体积可调节的设置；进一步的，均压器4包括壳体，在壳体的内部滑动设置有滑动件，滑动件将壳体分隔成氧气气室6和氢气气室5；虽然氢气气室5和氧气气室6之间不直接连通，但是可以通过气室之间的压差，推动滑动件向压力低的一侧发生形变或者移动，减小了氢气气室5和氧气气室6两侧的压差，进而实现平衡压力的过程；同时不会造成氢氧互串的现象，提升产品纯度，减少安全隐患。
进一步的，透平发电组件7的运行温度为20-300度。
进一步的，在本方案中，电解槽2为碱性电解槽2或质子交换膜电解槽2。
进一步，阴极室通过第一管路与氢气气室5连通，阳极室通过第二管路与氧气气室6连通；在第一管路和第二管路上均设置有温度计、压力计和调节阀。
使用方法及原理
在电解系统运行过程中，电源1给电解槽2供电，发生水解反应，产生氢气和氧气的摩尔数之比为2:1，氢气侧压力变化速率大于氧侧压力变化速率；将含水的氢气和含水的氧气，分离从阴极室和阳极室流出，分别进入到氢气气室5和氧气气室6进行压力调节。
在调节的过程中，通过滑动件的设置可以平衡氢氧侧较小的压差；当氢氧侧压差过大时，通过热回收组件3的设置，可以通过与电解液的热量实现对氧气的温度的升高，进而引起其压力的同步升高；当电解槽2运行在较高的功率的调节件，气源充足，透平发电组件7启动，高压氢气进入透平，进而带动发电机进行发电，同时氢气的压力下降。
当氢氧侧压力稳定后，氢气和氧气分别进入到氢侧气液分离器8和氧侧气液分离器9，形成产品氢气和产品氧气。
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。而由此所引伸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 (8)

1.一种电解水制氢系统，其特征在于，包括：
电解槽(2)，具有阳极室和阴极室；所述阳极室通过导线与电源(1)的正极连接，所述阴极室通过导线与电源(1)的负极连接；
均压器(4)，具有氢气气室(5)和氧气气室(6)；所述氢气气室(5)的进口与所述阴极室连通，出口与氢侧气液分离器(8)连通；所述氧气气室(6)的进口与所述阳极室连通，出口与氧侧气液分离器(9)连通；
透平发电组件(7)，具有透平和与透平连接的发电机；所述透平与氢气气室(5)连通；所述发电机与电源(1)连接。
2.根据权利要求1所述的电解水制氢系统，其特征在于，还包括：
热回收组件(3)，具有冷源管路和热源管路；所述热源管路与电解槽(2)连通设置；所述冷源管路与氧气气室(6)和/或氢气气室(5)连通设置。
3.根据权利要求2所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述冷源管路具有第一冷源管路和第二冷源管路；所述第一冷源管路与氧气气室(6)连通；所述第二冷源管路与氢气气室(5)连通。
4.根据权利要求1所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述氢气气室(5)和所述氧气气室(6)的体积可调节的设置。
5.根据权利要求4所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述均压器(4)包括壳体，所述壳体内滑动设置有滑动件；所述滑动件将壳体分隔成所述氧气气室(6)和氢气气室(5)。
6.根据权利要求1所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述透平发电组件(7)的运行温度为20-300度。
7.根据权利要求1所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述电解槽(2)为碱性电解槽(2)或质子交换膜电解槽(2)。
8.根据权利要求1所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述阴极室通过第一管路与所述氢气气室(5)连通；所述阳极室通过第二管路与所述氧气气室(6)连通；所述第一管路和所述第二管路上均设置有温度计、压力计和调节阀。
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