CN116083956A - 电解槽制氢系统和电解槽温度控制方法 - Google Patents

电解槽制氢系统和电解槽温度控制方法 Download PDF

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CN116083956A CN202310174876.7A CN202310174876A CN116083956A CN 116083956 A CN116083956 A CN 116083956A CN 202310174876 A CN202310174876 A CN 202310174876A CN 116083956 A CN116083956 A CN 116083956A
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张功
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Abstract

本发明提供了一种电解槽制氢系统和电解槽温度控制方法，其中，电解槽制氢系统中的换热器接收冷却液输送管路输送的冷却液，以及接收电解液输送管路输送的电解液，将冷却液与电解液进行热量交换；电解槽根据换热器输出的电解液执行制氢反应操作，获得反应产物，并输出反应产物；冷却液流量调节装置调节冷却液输送管路的冷却液流量；控制器在电解槽的出口温度处于预设温度范围的情况下，基于电解槽的出口温度计算得到电解槽的目标入口温度；如果入口温度与目标入口温度之间的温度差异值大于阈值，则通过冷却液流量调节装置调节冷却液输送管路中的冷却液流量，使得温度差异值不大于该阈值，能够满足电解槽的温度控制需求。

Description

电解槽制氢系统和电解槽温度控制方法
技术领域
本发明涉及电解槽制氢技术领域，特别涉及一种电解槽制氢系统和电解槽温度控制方法。
背景技术
目前，在制备氢气的过程中，为了保障制氢电解槽的运行稳定性，需要控制电解槽的温度。
现有的电解槽的温度控制方案，通常是通过调节换热器的冷却水流量控制电解槽的出口温度，然而，这样的方式存在温度延迟、响应慢的问题，从而容易导致电解槽内容存在超温以及电解能耗高的现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电解槽制氢系统和电解槽温度控制方法，能够满足电解槽的温度控制需求。具体方案如下：
一种电解槽制氢系统，包括：
控制器、电解槽、冷却液流量调节装置和换热器；
所述换热器，用于接收冷却液输送管路输送的冷却液，以及接收电解液输送管路输送的电解液，通过所述冷却液与所述电解液进行热量交换；
所述电解槽，用于根据所述换热器输出的电解液执行制氢反应操作，获得反应产物，并输出所述反应产物；
所述冷却液流量调节装置，用于调节所述冷却液输送管路的冷却液流量；
所述控制器，用于在所述电解槽当前的出口温度处于预设的温度范围的情况下，基于所述电解槽当前的出口温度计算得到所述电解槽的目标入口温度；在所述电解槽当前的入口温度与所述目标入口温度之间的温度差异值大于预设的阈值的情况下，通过所述冷却液流量调节装置调节所述冷却液输送管路中的冷却液流量，使得所述电解槽的入口温度与所述目标入口温度之间的温度差异值不大于所述阈值。
上述的电解槽制氢系统，可选的，所述控制器，用于：
确定所述电解槽产生的热量、所述电解槽的总消耗热量以及补偿功率；
根据所述电解槽产生的热量、所述总消耗热量以及所述补偿功率计算得到电解液换热量；
根据所述出口温度、所述电解液换热量以及预设的校正系数计算得到目标入口温度。
上述的电解槽制氢系统，可选的，所述控制器，用于：
确定所述电解液在所述电解槽的停留时间；
根据所述出口温度、预设的目标出口温度、所述电解槽中的电解液质量、电解槽质量以及所述停留时间确定所述补偿功率。
上述的电解槽制氢系统，可选的，所述控制器，用于：
根据所述电解槽的容积以及所述电解槽入口的电解液体积流量确定所述电解液在所述电解槽的停留时间。
上述的电解槽制氢系统，可选的，在所述电解槽的入口温度达到所述目标入口温度后，所述控制器，还用于：
在所述电解槽满足预设的运行稳定条件的情况下，根据所述电解槽当前的入口温度和出口温度更新所述校正系数。
上述的电解槽制氢系统，可选的，所述冷却液流量调节装置包括第一阀门组件；
所述控制器，用于：
根据所述入口温度与所述目标入口温度之间的温度差异值调节所述第一阀门组件的开度，以调节冷却液输送管路的冷却液流量，使得所述电解槽的入口温度达到目标入口温度。
上述的电解槽制氢系统，可选的，所述流量调节装置包括第一阀门组件；
所述控制器，用于：
获取所述换热器的电解液通道入口温度、所述换热器的冷却液通道入口温度以及所述换热器的冷却液通道出口温度；
基于所述出口温度、所述目标入口温度、所述电解液通道入口温度、所述冷却液通道入口温度以及所述冷却液通道出口温度，计算得到目标冷却液流量；
调节所述第一阀门组件的开度，以使所述冷却液输送管路的冷却液流量达到所述目标冷却液流量。
上述的电解槽制氢系统，可选的，还包括电解液流量调节装置；
所述电解液流量调节装置，用于调节所述电解槽入口的电解液流量。
上述的电解槽制氢系统，可选的，所述控制器在所述电解槽的入口温度达到所述目标入口温度后，还用于：
在检测到所述电解槽当前的出口温度与预设的目标出口温度不匹配时，通过所述电解液流量调节装置调节所述电解槽入口的电解液流量，使得所述电解槽当前的出口温度与预设的目标出口温度匹配。
上述的电解槽制氢系统，可选的，所述控制器在所述电解槽的入口温度达到所述目标入口温度后，还用于：
在检测到所述电解槽当前的工作电压与预设的目标工作电压不匹配时，通过所述电解液流量调节装置调节所述电解槽入口的电解液流量，使得所述电解槽当前的工作电压与预设的目标工作电压匹配。
上述的电解槽制氢系统，可选的，所述控制器在所述电解槽的入口温度达到所述目标入口温度后，还用于：
在检测到所述电解槽的工作电流与预设的目标工作电流不匹配时，通过所述电解液流量调节装置调节所述电解槽入口的电解液流量，使得所述电解槽当前的工作电流与预设的目标工作电流相匹配。
一种电解槽温度控制方法，应用于电解槽制氢系统的控制器，所述电解槽制氢系统还包括电解槽、冷却液流量调节装置以及向所述电解槽输送与冷却液热交换后的电解液的换热器，所述方法包括：
在所述电解槽当前的出口温度处于预设的温度范围的情况下，基于所述电解槽当前的出口温度计算得到所述电解槽的目标入口温度；
在所述电解槽当前的入口温度与所述目标入口温度之间的温度差异值大于预设的阈值的情况下，通过所述冷却液流量调节装置，调节冷却液输送管路向所述换热器输送的冷却液的流量，使得所述入口温度与所述目标入口温度之间的温度差异值不大于所述阈值。
与现有技术相比，本发明实施例包括以下优点：
本发明实施例提供了一种电解槽制氢系统和方法，其中，电解槽制氢系统中的所述换热器接收冷却液输送管路输送的冷却液，以及接收电解液输送管路输送的电解液，通过所述冷却液与所述电解液进行热量交换；电解槽制氢系统中的电解槽根据所述换热器输出的电解液执行制氢反应操作，获得反应产物，并输出所述反应产物；电解槽制氢系统中的控制器在所述电解槽当前的出口温度处于预设的温度范围的情况下，基于所述电解槽当前的出口温度计算得到所述电解槽的目标入口温度；在所述电解槽当前的入口温度与所述目标入口温度之间的温度差异值大于预设的阈值的情况下，通过所述冷却液流量调节装置调节所述冷却液输送管路中的冷却液流量，使得所述电解槽的入口温度与所述目标入口温度之间的温度差异值不大于所述阈值。应用本发明实施例提供的系统，能够满足电解槽的温度控制需求，能够有效避免现有控制方案中出现的温度控制不稳定、超温、能耗高以及延时响应慢等问题。
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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电解槽制氢系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的又一种电解槽制氢系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种电解槽制氢系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的第四种电解槽制氢系统的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的第五种电解槽制氢系统的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的第六种电解槽制氢系统的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的第七种解槽制氢系统的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的一种电解槽温度控制方法的方法流程图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
目前，在制备氢气的过程中，为了保障制氢电解槽的运行稳定性，需要控制电解槽的温度。
现有的电解槽的温度控制方案，通常是通过调节换热器的冷却液流量控制电解槽的出口温度，然而，这样的方式存在温度延迟、响应慢的问题，从而容易导致电解槽内容存在超温以及温度波动大而导致能耗高的现象。
基于此，本发明实施例提供了一种电解槽制氢系统，电解槽制氢系统的结构示意图如图1所示，具体包括：
控制器101、电解槽102、冷却液流量调节装置103和换热器104；
所述换热器104，用于接收冷却液输送管路输送的冷却液，以及接收电解液输送管路输送的电解液，通过所述冷却液与所述电解液进行热量交换。在本实施例中，换热器可以包括热流体通道和冷流体通道，换热器的热流体通道的输入端与电解液输送管路相连接，热流体通道的输出端与电解槽的入口连接；换热器的冷流体通道的输入端与冷却液输送管路连接，冷却液流量调节装置103可以设置在冷却液输送管路上。换热器可以为电解液和冷却液进行热量交换，可以将电解液的热量传输到冷却液中，实现对电解液降温，然后将降温后的电解液输送到电解槽中。
所述电解槽102，用于根据所述换热器输出的电解液执行制氢反应操作，获得反应产物，并输出所述反应产物。在本实施例中，反应产物可以是氢侧物料和氧侧物料等。可选的，电解槽可以将反应物输送到预设的存储装置中，该存储装置可以包括氧气气液分离器和氢气气液分离器。
本实施例中的电解槽的数量为一个或多个；在所述电解槽的数量为多个的情况下，各个所述电解槽可以串联或并联。电解槽可以是水溶液电解槽、熔融盐电解槽和非水溶液电解槽等任意一种。
所述冷却液流量调节装置103，用于调节所述冷却液输送管路的冷却液流量。
在本实施例中，冷却液流量调节装置可以包括阀门组件，阀门组件可以设置在该冷却液输送管路上，从而可以调节冷却液输送管路的冷却液流量。
所述控制器101，用于在所述电解槽当前的出口温度处于预设的温度范围的情况下，基于所述电解槽当前的出口温度计算得到所述电解槽的目标入口温度；在所述电解槽当前的入口温度与所述目标入口温度之间的温度差异值大于预设的阈值的情况下，通过所述冷却液流量调节装置调节所述冷却液输送管路中的冷却液流量，使得所述电解槽的入口温度与所述目标入口温度之间的温度差异值不大于所述阈值。
在本实施例中，控制器可以先获取电解槽当前的出口温度，具体可以通过设置在电解槽的输出管路的第一温度传感器获得电解槽的出口温度；获得电解槽当前的出口温度后，可以根据能量平衡的计算方式，计算出电解槽的目标入口温度，然后将目标入口温度与电解槽当前实际的入口温度进行比较，在电解槽当前的入口温度与目标入口温度不一致的情况下，由于电解槽的入口温度即为换热器输出的电解液的温度，而换热器输出的电解液的温度与换热器接收到的冷却液流量相关，因此，通过调节冷却液输送管路中的冷却液流量，即可实现对电解槽的入口温度进行调节。
可选的，第一温度传感器可以设置在电解槽的氧气输出管路上。在一些实施例中，第一温度传感器也可以设置在电解槽的氢气输出管路上。
本实施例中的温度差异值可以表征入口温度与目标入口温度之间的差异程度，该温度差异值可以是入口温度与目标入口温度之间的差值，也可以是入口温度与目标入口温度的比值。如果温度差异值为入口温度与目标入口温度之间的差值，则阈值可以设置为0℃、3℃、5℃、-5℃等任一温度值；如果温度差异值为入口温度与目标入口温度的比值，则阈值可以设置为0.9、1、1.1等任一大小的值。
在本实施例中，通过使电解槽的入口温度与目标入口温度之间的温度差异值不大于阈值，可以让入口温度接近或到达目标入口温度，从而可以使得电解槽的内部温度、出口温度到达温度设定范围内，最终使得电解槽的工作温度稳定，能够满足电解槽的温度控制需求。
应用本发明实施例提供的系统，能够满足电解槽的温度控制需求，能够有效避免现有控制方案中出现的温度控制不稳定、超温以及延时响应慢等问题。
在一些实施例中，所述控制器确定所述电解槽产生的热量、所述电解槽的总消耗热量以及补偿功率；根据所述电解槽产生的热量、所述总消耗热量以及所述补偿功率计算得到电解液换热量；根据所述出口温度、所述电解液换热量以及预设的校正系数计算得到目标入口温度。
在本实施例中，可以获取电解槽的工作电压和工作电流，然后根据电解槽的工作电压和工作电流确定电解槽产生的热量Q1。可选的，单个电解槽结构为串联结构时，该电解槽产生的热量计算方式为：Q1＝3.6UI-3.6×1.48nIη，其中，U为电解槽的工作电压，I为电解槽的工作电流，n为电解槽的小室数量，η为电流效率。当单个电解槽结构为并联结构时，其产生的热量可以为Q1＝3.6UI-3.6×0.74nIη。
可选的，电解槽的总消耗热量Q2包括电解槽散热Q21、氢气携带热量Q22、和氧气携带热量Q23。可选的，电解槽散热的计算方式为：Q21＝KFΔt1；氢气携带热量的计算过程为：
Figure BDA0004102071130000071
氧气携带热量的计算方式为：
Figure BDA0004102071130000072
其中，K为传热系数，F为电解槽表面积，Δt1为电解槽表面温度与环境温度的差值，t2为电解槽的出口温度，例如可以是电解槽氧侧出口温度，电解槽表面温度可以选取t2值。
在本实施例中，计算得到电解液换热量Q5的方式可以为：Q5＝Q1-Q2+Q3，其中，Q3为补偿功率。
可选的，根据所述出口温度、所述电解液换热量以及预设的校正系数计算得到目标入口温度的方式如下：
Figure BDA0004102071130000081
其中，T1为目标入口温度，α为校正系数，m1为电解槽入口电解液循环质量流量。
在一些实施例中，所述控制器确定所述电解液在所述电解槽的停留时间；根据所述出口温度、预设的目标出口温度、所述电解槽中的电解液质量、电解槽质量以及所述停留时间确定所述补偿功率。
在本实施例中，根据出口温度、目标出口温度、电解槽中的电解液质量、电解槽质量以及所述停留时间确定所述补偿功率Q3的方式如下：
Figure BDA0004102071130000082
其中，m2为电解槽中的电解液质量，m3为电解槽质量，T2为预设的目标出口温度，τ为电解液在电解槽的停留时间。
在一些实施例中，所述控制器根据所述电解槽的容积以及所述电解槽入口的电解液体积流量确定所述电解液在所述电解槽的停留时间。
在本实施例中，根据所述电解槽的容积以及所述电解槽入口的电解液体积流量确定所述电解液在所述电解槽的停留时间τ的方式为：
Figure BDA0004102071130000083
其中，V为电解槽的容积，ν1为电解槽入口的电解液体积流量。
在一些实施例中，在所述电解槽的入口温度达到所述目标入口温度后，所述控制器在所述电解槽满足预设的运行稳定条件的情况下，根据所述电解槽当前的入口温度和出口温度更新所述校正系数。
在本实施例中，可以根据当前的入口温度和出口温度反算出新的校正系数。
可选的，运行稳定条件可以是运行时长到达预设的稳定运行时长，连续多个运行时刻的温度差异值小于预设的阈值等等。
在一些实施例中，所述冷却液流量调节装置包括第一阀门组件；所述控制器根据所述入口温度与所述目标入口温度之间的温度差值调节所述第一阀门组件的开度，以调节冷却液输送管路的冷却液流量，使得所述电解槽的入口温度与所述目标入口温度之间的温度差异值不大于所述阈值。
在本实施例中，第一阀门组件可以是冷却液调节阀，在当前的入口温度大于目标入口温度，且入口温度与目标入口温度之间的温度差异值大于预设的阈值，则可以增大第一阀门组件的开度；在当前的入口温度不大于目标入口温度，且入口温度与目标入口温度之间的温度差异值大于预设的阈值，则可以减少第一阀门组件的开度。
在一些实施例中，温度差异值可以为温度差值，确定所述温度差值对应的目标阀门开度，将冷却液调节阀的阀门开度调节至目标阀门开度。
参见图2，为本发明实施例提供的又一种电解槽制氢系统的结构示意图，其中，电解液进入电解槽1中，经过电解槽1反应后，获得氢侧物料和氧侧物料，氢侧物料进入氢侧气液分离器4，氧侧物料进入氧侧气液分离器5中；分离后的电解液从氢侧气液分离器4、氧侧气液分离器5底部流出汇合进入循环泵3中，再经过换热器2的换热调温后重新回到电解槽1中。控制器9对电解槽1的温度控制过程如下：
当电解槽1出口温度到达60～85℃区间内任一温度时，控制器接收电解槽的出口温度传感器7采集到的温度，计算获得此时所需要的电解槽的目标入口温度，并将目标入口温度与电解槽入口电解液温度传感器8获得的实际入口温度进行对比，获得入口温度与所述目标入口温度之间的温度差异值，通过PID调节冷却液调节阀6的开度，使得电解槽的入口温度与目标入口温度之间的温度差异值小于预设的阈值，由于控制器中考虑了电流、电压、电解液流量、电流效率、电解槽中的电解液的停留时间等因素，因此在电解槽入口温度为任意数值的情况下，电解槽出口的温度都可以在设定值附近。
可选的，该温度差异值可以是入口温度与目标入口温度之间的差值，也可以是入口温度与目标入口温度的比值。如果该温度差异值为所述差值，参见图3，其中，电解液进入电解槽1中，经过电解槽反应后，分为氢侧物料和氧侧物料分别进入氢侧气液分离器4和氧侧气液分离器5中，分离后的电解液从分离器4、5底部流出汇合进入电解液循环泵3中，再经过电解液换热器2的换热调温后重新回到电解槽1中。对电解槽31的温度控制过程如下：
当电解槽1出口温度到达60～85℃区间内任一温度时，控制器9接收电解槽1的出口温度传感器7采集到的温度，结合装置相关的数据进行计算获得此时所需要的电解槽的目标入口温度，并进行作差处理得到设定温度差值，通过温差传感器10采集实际温差值，通过PID调节冷却液调节阀6的开度，使实际温度差值达到设定温度差值。由于控制器在调节过程中考虑了电流、电压、电解液流量、电流效率、电解槽电解液的停留时间等因素，因此在电解槽入口温度为任意数值的情况下，从电解槽出来的温度都是设定值附近。当系统运行稳定后，根据电解槽进口温度传感器8、出口温度传感器7获得的温度可以反算校正系数α，使控制过程更加准确，消除一定因素的影响，例如消除电解液流量、电解液比热容等因素的波动性。
在一些实施例中，所述流量调节装置包括第一阀门组件；
所述控制器，用于：获取所述换热器的电解液通道入口温度、所述换热器的冷却液通道入口温度以及所述换热器的冷却液通道出口温度；
基于所述出口温度、所述目标入口温度、所述电解液通道入口温度、所述冷却液通道入口温度以及所述冷却液通道出口温度，计算得到目标冷却液流量；
调节所述第一阀门组件的开度，以使所述冷却液输送管路的冷却液流量达到所述目标冷却液流量。
在本实施例中，可以根据能量平衡的方式确定电解液所需的换热量，根据电解液所需换热量确定出目标冷却液流量；可以通过冷却液管路上的冷却液流量计获得当前的冷却液流量，在当前的冷却液流量与目标冷却液流量不一致的情况下，调节第一阀门组件的开度；第一阀门组件可以是冷却液调节阀，如果冷却液输送管路当前的冷却液流量小于目标冷却液流量，则增大阀门开度；如果如果冷却液输送管路当前的冷却液流量大于目标冷却液流量，则减小阀门开度。
参见图4，为本发明实施例提供的另一种电解槽制氢系统的结构示意图，电解液进入电解槽1中，经过电解槽1反应后，分为氢侧物料和氧侧物料分别进入氢侧气液分离器4和氧侧气液分离器5中，分离后的电解液从分离器4、5底部流出汇合进入电解液循环泵3中，再经过电解液换热器2的换热调温后重新回到电解槽1中。对电解槽的温度控制过程如下：
当电解槽出口温度到达60～85℃区间内任一温度时，控制器9接收电解槽的出口温度传感器7采集到的出口温度，并计算出电解槽的目标入口温度，并结合换热器入口温度传感器12以及冷却液进出口温度传感器10和11获得的数据传入换热计算模块，得到目标冷却液流量，通过调节冷却液调节阀6的开度使冷却液流量计13到达该目标冷却液流量，从而达到温度的控制。由于控制器中考虑了电流、电压、电解液流量、电流效率、电解槽电解液的停留时间等因素，因此在电解槽入口温度为任意数值的情况下，电解槽出口温度都是设定值附近。当系统运行稳定后，根据电解槽进口温度传感器8、出口温度传感器7可以反算校正系数α，使控制过程更加准确，消除一定因素的影响，例如消除电解液流量、电解液比热容等因素的波动性。
在一些实施例中，还包括电解液流量调节装置；
所述电解液流量调节装置，用于调节所述电解槽入口的电解液流量。
在本实施例中，电解液流量调节装置可以包括第二阀门组件，第二阀门组件可以是电解液流量控制阀。
在一些实施例中，所述控制器在所述电解槽的入口温度达到所述目标入口温度后，还用于：
在检测到所述电解槽当前的出口温度与预设的目标出口温度不匹配时，通过所述电解液流量调节装置调节所述电解槽入口的电解液流量，使得所述电解槽当前的出口温度与预设的目标出口温度匹配。
在本实施例中，在出口温度与目标出口温度之间的出口温度差异值大于预设的出口温度阈值的情况下，例如出口温度与目标出口温度不一致，则可以确定出口温度与预设的目标出口温度不匹配。
可选的，在出口温度与目标出口温度不匹配的情况下，如果出口温度大于目标出口温度，则可以通过电解液流量调节装置增加电解液流量；如果出口温度小于目标出口温度，则可以通过电解液流量调节装置减少电解液流量。
参见图5，电解液进入电解槽1入口后，经过阴阳两极的电解反应后，氢气和电解液从电解槽1的氢侧流出至氢气气液分离器4中，而氧气和电解液从电解槽1的氧侧流出至氧气气液分离器5中，从气液分离器4和5顶部分别分离得到粗氢和粗氧，同时分离得到的电解液从4和5的底部流出并汇合至电解液循环泵3中，经过增压后的电解液流至电解液换热器2，经过换热后的电解液重新进入电解槽1中，其中，对于电解槽的温度控制过程如下：
当电解槽出口温度未达到50～85℃之前时，换热器2的冷却液调节阀6处于关闭状态；当达到该温度区间时，根据给定的电解槽功率，输入预设的电解液流量，根据电解槽的能量衡算计算电解槽的目标入口温度，对比计算温度和电解槽入口温度监测器8监测的温度差异，通过换热器2的冷却液入口调节阀6进行调节至计算温度，经过一定时间后，电解槽出口温度会达到90±5℃附近，由于工况的波动或者改变(例如变功率等)，电解槽出口温度会与要求温度存在一定的偏差，此时通过控制电解液流量控制阀18的开度来调节电解槽出口温度，最终电解槽进出口温度达到稳定，电解液流量也会与预设电解液流量接近并稳定下来，系统温度达到稳定。系统中还设置有第一流量变送器14、第二流量变送器15、电解液流量调节阀阀门定位器16、冷却液流量调节阀阀门定位器17、电解液流量计19，电解液流量计19用于监测电解液输送管路中的电解液流量。
在一些实施例中，所述控制器在所述电解槽的入口温度达到所述目标入口温度后，还用于：
在检测到所述电解槽当前的工作电压与预设的目标工作电压不匹配时，通过所述电解液流量调节装置调节所述电解槽入口的电解液流量，使得所述电解槽当前的工作电压与预设的目标工作电压匹配。
在本实施例中，在工作电压与目标工作电压之间的电压差异值大于预设的电压阈值的情况下，例如工作电压与目标工作电压不一致，则可以确定工作电压与预设的目标工作电压不匹配。
可选的，在工作电压与目标工作电压不匹配的情况下，如果工作电压大于目标工作电压，则可以通过电解液流量调节装置减少电解液流量；如果工作电压小于目标工作电压，则可以通过电解液流量调节装置增加电解液流量，或电解液流量调节装置不动作。
参见图6，电解液进入电解槽1入口后，经过阴阳两极的电解反应后，氢气和电解液从电解槽1的氢侧流出至氢气气液分离器4中，而氧气和电解液从电解槽1的氧侧流出至氧气气液分离器5中，从气液分离器4和5顶部分别分离得到粗氢和粗氧，同时分离得到的电解液从气液分离器4和5的底部流出并汇合至电解液循环泵3中，经过增压后的电解液流至换热器2，经过换热后的电解液重新进入电解槽1中，其中，系统中还包括电源20和电解槽输入电压监测器21，电源用于为系统提供电能，电解槽输入电压监测器用于监测电解槽的工作电压，对于电解槽的温度控制过程如下：
当电解槽出口温度未达到50～85℃之前时，电解液换热器的冷却液调节阀6处于关闭状态；当达到该温度区间时，根据给定的电解槽功率，输入预设的电解液流量，根据电解槽的能量衡算计算电解槽的入口温度，对比计算温度和电解槽入口温度监测器8监测的温度差异，通过换热器2的冷却液入口调节阀6进行调节至计算温度，经过一定时间后，电解槽出口温度会达到90±5℃附近，由于工况的波动或者改变(例如变功率等)，电解槽的工作电压偏离正常值，此时通过控制电解液流量控制阀18的开度来调节电解槽电压至设定值(该设定值可以根据电解槽I-V曲线等途径获取)，最终电解槽的工作电压达到稳定，电解槽进出口温度达到稳定，电解液流量也会与预设电解液流量接近并稳定下来，系统温度达到稳定。在过程中设置相应的温度监测器以及流量监测器，并对电解槽出口温度7进行温度连锁，避免超温。
在一些实施例中，所述控制器在所述电解槽的入口温度达到所述目标入口温度后，还用于：
在检测到所述电解槽的工作电流与预设的目标工作电流不匹配时，通过所述电解液流量调节装置调节所述电解槽入口的电解液流量，使得所述电解槽当前的工作电流与预设的目标工作电流相匹配。
在本实施例中，在工作电流与目标工作电流之间的电流差异值大于预设的电流阈值的情况下，例如工作电流与目标工作电流不一致，则可以确定工作电流与预设的目标工作电流不匹配。
可选的，在工作电流与目标工作电流不匹配的情况下，如果工作电流大于目标工作电流，则可以通过电解液流量调节装置增大电解液流量，或电解液流量调节装置不动作；如果工作电流小于目标工作电流，则可以通过电解液流量调节装置减少电解液流量。
参见图7，电解液进入电解槽1入口后，经过阴阳两极的电解反应后，氢气和电解液从电解槽1的氢侧流出至氢气气液分离器4中，而氧气和电解液从电解槽1的氧侧流出至氧气气液分离器5中，从气液分离器4和5顶部分别分离得到粗氢和粗氧，同时分离得到的电解液从4和5的底部流出并汇合至电解液循环泵3中，经过增压后的电解液流至电解液换热器2，经过换热后的电解液重新进入电解槽1中，其中，系统还包括电解槽输入电流监测器，用于采集电解槽的工作电流。具体的，对于电解槽的温度控制过程如下：
当电解槽出口温度未达到50～85℃之前时，电解液换热器的冷却液调节阀6处于关闭状态；当达到该温度区间时，根据给定的电解槽功率，输入预设的电解液流量，根据电解槽的能量衡算计算电解槽的入口温度，对比计算温度和电解槽入口温度监测器8监测的温度差异，通过电解液换热器2的冷却液入口调节阀6进行调节至计算温度，经过一定时间后，电解槽出口温度会达到90±5℃附近，由于工况的波动或者改变(例如变功率等)，电解槽的工作电流偏离正常值，此时通过控制电解液流量控制阀18的开度来调节电解槽电流至设定值(该设定值可以根据电解槽I-V曲线等途径获取)，最终电解槽的工作电流达到稳定，电解槽进出口温度达到稳定，电解液流量也会与预设电解液流量接近并稳定下来，系统温度达到稳定。在过程中设置相应的温度监测器以及流量监测器，并对电解槽出口温度7进行温度连锁，避免超温。
本发明实施例还提供了一种电解槽温度控制方法，应用于上述的电解槽制氢系统的控制器，所述方法的方法流程图如图8所示，具体包括：
S801：在所述槽制氢系统的电解槽当前的出口温度处于预设的温度范围的情况下，基于所述电解槽当前的出口温度计算得到所述电解槽的目标入口温度。
S802：在所述电解槽当前的入口温度与所述目标入口温度不一致的情况下，通过所述电解槽制氢系统的流量调节装置，调节冷却液输送管路向所述电解槽制氢系统的换热器输送的冷却液的流量，使得所述电解槽的入口温度达到所述目标入口温度。
具体实施过程可以参见上述实施例相应部分，此处不再赘述。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上对本发明所提供的一种电解槽制氢系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种电解槽制氢系统，其特征在于，包括：
控制器、电解槽、冷却液流量调节装置和换热器；
所述换热器，用于接收冷却液输送管路输送的冷却液，以及接收电解液输送管路输送的电解液，通过所述冷却液与所述电解液进行热量交换；
所述电解槽，用于根据所述换热器输出的电解液执行制氢反应操作，获得反应产物，并输出所述反应产物；
所述冷却液流量调节装置，用于调节所述冷却液输送管路的冷却液流量；
所述控制器，用于在所述电解槽当前的出口温度处于预设的温度范围的情况下，基于所述电解槽当前的出口温度计算得到所述电解槽的目标入口温度；在所述电解槽当前的入口温度与所述目标入口温度之间的温度差异值大于预设的阈值的情况下，通过所述冷却液流量调节装置调节所述冷却液输送管路中的冷却液流量，使得所述电解槽的入口温度与所述目标入口温度之间的温度差异值不大于所述阈值。
2.根据权利要求1所述的电解槽制氢系统，其特征在于，所述控制器，用于：
确定所述电解槽产生的热量、所述电解槽的总消耗热量以及补偿功率；
根据所述电解槽产生的热量、所述总消耗热量以及所述补偿功率计算得到电解液换热量；
根据所述出口温度、所述电解液换热量以及预设的校正系数计算得到目标入口温度。
3.根据权利要求2所述的电解槽制氢系统，其特征在于，所述控制器，用于：
确定所述电解液在所述电解槽的停留时间；
根据所述出口温度、预设的目标出口温度、所述电解槽中的电解液质量、电解槽质量以及所述停留时间确定所述补偿功率。
4.根据权利要求3所述的电解槽制氢系统，其特征在于，所述控制器，用于：
根据所述电解槽的容积以及所述电解槽入口的电解液体积流量确定所述电解液在所述电解槽的停留时间。
5.根据权利要求2所述的电解槽制氢系统，其特征在于，在所述电解槽的入口温度达到所述目标入口温度后，所述控制器，还用于：
在所述电解槽满足预设的运行稳定条件的情况下，根据所述电解槽当前的入口温度和出口温度更新所述校正系数。
6.根据权利要求1所述的电解槽制氢系统，其特征在于，所述冷却液流量调节装置包括第一阀门组件；
所述控制器，用于：
根据所述入口温度与所述目标入口温度之间的温度差异值调节所述第一阀门组件的开度，以调节冷却液输送管路的冷却液流量，使得所述电解槽的入口温度与所述目标入口温度之间的温度差异值不大于所述阈值。
7.根据权利要求1所述的电解槽制氢系统，其特征在于，所述流量调节装置包括第一阀门组件；
所述控制器，用于：
获取所述换热器的电解液通道入口温度、所述换热器的冷却液通道入口温度以及所述换热器的冷却液通道出口温度；
基于所述出口温度、所述目标入口温度、所述电解液通道入口温度、所述冷却液通道入口温度以及所述冷却液通道出口温度，计算得到目标冷却液流量；
调节所述第一阀门组件的开度，以使所述冷却液输送管路的冷却液流量达到所述目标冷却液流量。
8.根据权利要求1所述的电解槽制氢系统，其特征在于，还包括电解液流量调节装置；
所述电解液流量调节装置，用于调节所述电解槽入口的电解液流量。
9.根据权利要求8所述的电解槽制氢系统，其特征在于，所述控制器在所述电解槽的入口温度达到所述目标入口温度后，还用于：
在检测到所述电解槽当前的出口温度与预设的目标出口温度不匹配时，通过所述电解液流量调节装置调节所述电解槽入口的电解液流量，使得所述电解槽当前的出口温度与预设的目标出口温度匹配。
10.根据权利要求8所述的电解槽制氢系统，其特征在于，所述控制器在所述电解槽的入口温度达到所述目标入口温度后，还用于：
在检测到所述电解槽当前的工作电压与预设的目标工作电压不匹配时，通过所述电解液流量调节装置调节所述电解槽入口的电解液流量，使得所述电解槽当前的工作电压与预设的目标工作电压匹配。
11.根据权利要求1所述的电解槽制氢系统，其特征在于，所述控制器在所述电解槽的入口温度达到所述目标入口温度后，还用于：
在检测到所述电解槽的工作电流与预设的目标工作电流不匹配时，通过所述电解液流量调节装置调节所述电解槽入口的电解液流量，使得所述电解槽当前的工作电流与预设的目标工作电流相匹配。
12.一种电解槽温度控制方法，其特征在于，应用于电解槽制氢系统的控制器，所述电解槽制氢系统还包括电解槽、冷却液流量调节装置以及向所述电解槽输送与冷却液热交换后的电解液的换热器，所述方法包括：
在所述电解槽当前的出口温度处于预设的温度范围的情况下，基于所述电解槽当前的出口温度计算得到所述电解槽的目标入口温度；
在所述电解槽当前的入口温度与所述目标入口温度之间的温度差异值大于预设的阈值的情况下，通过所述冷却液流量调节装置，调节冷却液输送管路向所述换热器输送的冷却液的流量，使得所述入口温度与所述目标入口温度之间的温度差异值不大于所述阈值。
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CN114967782A (zh) * 2022-06-28 2022-08-30 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 一种基于热量衡算的电解槽运行温度控制方法及系统
CN115161704A (zh) * 2022-06-28 2022-10-11 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 一种基于冷媒流量调节的电解槽运行温度控制方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114967782A (zh) * 2022-06-28 2022-08-30 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 一种基于热量衡算的电解槽运行温度控制方法及系统
CN115161704A (zh) * 2022-06-28 2022-10-11 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 一种基于冷媒流量调节的电解槽运行温度控制方法

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