CN116185106A - 一种氢气再生控制方法和氢气干燥系统 - Google Patents

一种氢气再生控制方法和氢气干燥系统 Download PDF

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葛晗东
钱亮
贾国亮
唐超
王雷
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Abstract

本发明提供一种氢气再生控制方法和氢气干燥系统，该氢气干燥系统通过在氢气气水分离器中设置液位传感器，以使控制器能够通过液位传感器对氢气气水分离器中的液位进行监测。由于再生时脱除的水量可以直接反馈出再生过程是否完全，所以该氢气再生控制方法通过氢气干燥系统中的控制器获取再生时脱除的水量监测数据，并在再生时脱除的水量满足再生停止条件时，判定氢气干燥系统中的氢气再生完全，可以提高判断准确性。

Description

一种氢气再生控制方法和氢气干燥系统
技术领域
本发明涉及电解水制氢技术领域，特别涉及一种氢气再生控制方法和氢气干燥系统。
背景技术
目前适用于水电解制氢的氢气干燥装置通常采用三塔流程，而再生过程是三塔流程中最关键的一步，干燥是否完全直接决定了氢气的纯度。
目前，现有的氢气加热再生过程是否完全，主要通过对氢气再生塔的氢气出口温度进行监控，或者通过对再生过程的时长进行计算；这两种判断方法均无法直接反馈出再生过程是否完全。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种氢气再生控制方法和氢气干燥系统，以通过再生分离器中的液位直接反馈出再生过程是否完全。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明第一方面提供了一种氢气再生控制方法，应用于氢气干燥系统的控制器，所述氢气再生控制方法包括：
获取所述氢气干燥系统中进行氢气再生时脱除的水量监测数据；
根据所述水量监测数据，判断再生时脱除的水量是否满足再生停止条件；
若所述再生时脱除的水量满足所述再生停止条件，则判定所述氢气干燥系统中的氢气再生完全。
可选的，所述水量监测数据，为：所述氢气干燥系统中氢气气水分离器内液位的检测数据。
可选的，所述再生停止条件，包括：
所述氢气干燥系统中氢气气水分离器内的液位变化幅度，小于水量预设差值。
可选的，在所述判断再生时脱除的水量是否满足再生停止条件之前，还包括：
确定所述氢气干燥系统前级电解槽的制氢功率状态；
若所述制氢功率状态为额定功率运行状态，则确定所述再生停止条件，包括：所述氢气干燥系统中氢气气水分离器内的液位为预设液位。
可选的，在确定所述氢气干燥系统前级电解槽的制氢功率状态之后，还包括：
若所述制氢功率状态为变功率运行状态，则确定所述再生停止条件，包括：所述氢气干燥系统中氢气气水分离器内的液位变化幅度，小于所述水量预设差值。
可选的，在所述获取所述氢气干燥系统中进行氢气再生时脱除的水量监测数据的同时，还包括：获取所述氢气干燥系统中氢气再生塔的出口温度；
若所述制氢功率状态为变功率运行状态，则确定所述再生停止条件，还包括：所述出口温度的变化温度大于温度预设差值。
可选的，所述温度预设差值为：所述氢气干燥系统中加热器的功率与加热时间及预设系数的乘积，与氢气比热容的比值。
可选的，在所述判定氢气干燥系统中的氢气再生完全之后，还包括：
控制所述加热器停止加热，进入冷吹工作状态。
本发明第二方面还提供了一种氢气干燥系统，包括：控制器、氢气再生塔、氢气再生冷却器及氢气气水分离器；其中，
所述氢气再生塔内设置有加热器；
所述氢气再生塔的入口作为所述氢气干燥系统的氢气进口；
所述氢气再生塔的出口与所述氢气再生冷却器的入口相连接；
所述氢气再生冷却器的出口与所述氢气气水分离器的入口相连接；
所述氢气气水分离器的出口作为所述氢气干燥系统的氢气出口；
所述氢气气水分离器中设置有液位传感器；
所述加热器受控于所述控制器；
所述液位传感器与所述控制器通信连接；
所述控制器用于执行如上述第一方面任一种所述的氢气再生控制方法。
可选的，还包括：温度传感器；
所述温度传感器设置于所述氢气再生塔的出口；
所述温度传感器与所述控制器通信连接。
本发明提供的氢气再生控制方法，通过氢气干燥系统中的控制器获取再生时脱除的水量监测数据，由于再生时脱除的水量可以直接反馈出再生过程是否完全，所以在再生时脱除的水量满足再生停止条件时，即可判定氢气干燥系统中的氢气再生完全，可以提高判断准确性。
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氢气干燥系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的氢气再生控制方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的氢气再生控制方法的具体流程图；
图4为本发明实施例提供的氢气干燥系统的另一结构示意图；
图5和图6为本发明实施例提供的氢气再生控制方法的另外两种具体流程图。
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。
本发明提供了一种氢气再生控制方法，以通过再生分离器中的液位直接反馈出再生过程是否完全。
本发明提供的氢气再生控制方法，应用于氢气干燥系统的控制器，如图1所示，该氢气干燥系统具体包括：控制器10、氢气再生塔20、氢气再生冷却器30及氢气气水分离器40；其中：
氢气再生塔20内设置有加热器，加热器受控于控制器10；氢气再生塔20的入口作为氢气干燥系统的氢气进口，氢气再生塔20的出口与氢气再生冷却器30的入口相连接，氢气再生冷却器30的出口与氢气气水分离器40的入口相连接，氢气气水分离器40的出口作为氢气干燥系统的氢气出口。
该氢气再生控制方法如图2所示，具体包括：
S101、获取氢气干燥系统中进行氢气再生时脱除的水量监测数据。
实际应用中，该水量监测数据可以为：氢气气水分离器40内液位的检测数据；而且，具体可以是由图1中所示的控制器10通过设置于氢气气水分离器40中的液位传感器，来实时或者周期性获取氢气气水分离器40内液位的检测数据。
氢气气水分离器40中的液位传感器可以为远传液位计，以对氢气气水分离器40中的液位进行检测，并输出给控制器10。实际应用中并不仅限于此，视其具体应用环境而定即可，均在本申请保护范围内。
S102、判断再生时脱除的水量是否满足再生停止条件。
该再生停止条件是能够表征再生完全的条件，比如氢气气水分离器40内的液位变化幅度小于水量预设差值。
值得说明的是，该水量预设差值的取值可以通过理论计算或实验测试得出，实际应用中并不仅限于此，视其具体应用环境而定即可，均在本申请保护范围内。
如图2所示，若再生时脱除的水量满足再生停止条件，则表示氢气干燥系统中的氢气再生完全，此时执行步骤S103；若再生时脱除的水量不满足再生停止条件，则表示氢气干燥系统中的氢气并未再生完全，此时返回执行步骤S101。
S103、判定氢气干燥系统中的氢气再生完全。
由于再生时脱除的水量可以直接反馈出再生过程是否完全，所以本实施例提供的氢气再生控制方法，通过氢气干燥系统中的控制器10获取再生时脱除的水量监测数据，并在再生时脱除的水量满足再生停止条件时，判定氢气干燥系统中的氢气再生完全，可以提高判断准确性。
在上述实施例的基础之上，该氢气再生控制方法如图3所示，在其步骤S101之后，步骤S102之前，还包括：
S201、确定氢气干燥系统前级电解槽的制氢功率状态。
实际应用中，当电解槽的制氢功率状态为额定功率运行状态时，不同再生周期内，氢气所带出来的水量相同，当氢气气水分离器40内的液位不再上升时，则表示氢气再生完全。
因此，若氢气干燥系统前级电解槽的制氢功率状态为额定功率运行状态，则其步骤S102可以如图3所示，包括：
S202、判断氢气气水分离器内的液位是否等于预设液位。
值得说明的是，该预设液位的取值可以通过理论计算或实验测试得出，实际应用中并不仅限于此，视其具体应用环境而定即可，均在本申请保护范围内。
如图3所示，若氢气气水分离器40内的液位等于预设液位，则表示氢气干燥系统中的氢气再生完全，此时执行步骤S103；若氢气气水分离器40内的液位不等于预设液位，则表示氢气干燥系统中的氢气并未再生完全，此时返回执行步骤S101。
实际应用中，当电解槽的制氢功率状态为变功率运行状态时，不同再生周期内，氢气气水分离器40内的液位增量不同，当氢气气水分离器40内的液位变化极小时，则表示氢气再生完全。
因此，若氢气干燥系统前级电解槽的制氢功率状态为变功率运行状态，则其步骤S102可以如图3所示，包括：
S203、判断氢气气水分离器内的液位变化幅度，是否小于水量预设差值。
如图3所示，若氢气气水分离器40内的液位变化幅度小于水量预设差值，则表示氢气干燥系统中的氢气再生完全，此时执行步骤S103；若氢气气水分离器40内的液位变化幅度不小于水量预设差值，则表示氢气干燥系统中的氢气并未再生完全，此时返回继续执行步骤S101。
实际应用中，该水量预设差值可取值为[-1，1]，考虑到氢气气水分离器40内的液位波动以及远传液位计失真等客观因素，该水量预设差值的取值也可依据实际工作情况选取，此处不做具体限定，视其具体应用环境而定即可，均在本申请保护范围内。
本实施例提供的氢气再生控制方法，通过对氢气干燥系统前级电解槽的制氢功率状态进行判断，以在不同的制氢功率状态下依据对应的再生停止条件，来判断氢气干燥系统中的氢气是否再生完全，提高了氢气再生控制过程的准确性。
实际应用中，当氢气再生完全时，不考虑吸附剂脱附水的吸热情况，随着加热器的持续运行，氢气再生塔20出口温度也会不断升高。
因此，该氢气干燥系统也可以如图4所示，其在图1所示结构的基础上还包括：温度传感器50；该温度传感器50设置于氢气再生塔20的出口，且与控制器10通信连接。
在上述实施例的基础之上，可选的，若氢气干燥系统前级电解槽的制氢功率状态为变功率运行状态，则该氢气再生控制方法的步骤S101还可以如图5所示，包括：
S301、获取氢气再生塔的出口温度，和氢气干燥系统中进行氢气再生时脱除的水量监测数据。
则其步骤S102可以如图5所示，包括：
S302、判断出口温度的变化温度和氢气气水分离器内的液位变化幅度，是否均满足再生停止条件。
若氢气再生塔20出口温度的变化温度大于温度预设差值，则出口温度的变化温度满足再生条件，反之则不满足；若氢气气水分离器40内的液位变化幅度小于水量预设差值，则液位变化幅度满足再生条件，反之则不满足。
如图5所示，若氢气再生塔20出口温度的变化温度大于温度预设差值，且氢气气水分离器40内的液位变化幅度小于水量预设差值，则表示氢气干燥系统中的氢气再生完全，此时执行步骤S103；若氢气再生塔20出口温度的变化温度不大于温度预设差值，和/或，氢气气水分离器40内的液位变化幅度不小于水量预设差值，则表示氢气干燥系统中的氢气并未再生完全，此时继续执行步骤S301。
值得说明的是，该温度预设差值的取值可参照如下方案：M＝KPT/CpH2，其中，M为温度预设差值；P为加热器的功率；T为加热时间；CpH2为氢气的比热容；K为预设系数，考虑到加热器会同时加热干燥剂和塔体以及装置的散热等，该预设系数的取值可以为0.2或0.3，实际应用中并不仅限于此，视其具体应用环境而定即可，均在本申请保护范围内。
本实施例提供的氢气再生控制方法，在电解槽的制氢功率状态为变功率运行状态时，通过对氢气再生塔20出口温度的变化温度和氢气气水分离器40内的液位变化幅度进行判断，以确定氢气干燥系统中的氢气是否再生完全，提高了氢气再生控制过程的准确性。
在上述实施例的基础之上，可选的，该氢气再生控制方法还可以如图6所示，在步骤S103之后，还包括：
S401、控制加热器停止加热，进入冷吹工作状态。
本实施例提供的氢气再生控制方法，通过在氢气干燥系统中的氢气再生完全后，控制加热器停止加热，以使氢气干燥系统进入冷吹工作状态，在保证氢气再生完全的前提下，最大限度的节约了氢气干燥系统的能耗。
下面对该氢气再生控制方法进行一个完整的示例性说明，在氢气干燥系统进入再生周期后，控制器10控制氢气再生塔20中的加热器开始加热，控制器10建立氢气再生塔20的出口温度和氢气气水分离器40的液位的数据存储队列，对氢气再生塔20的出口温度和氢气气水分离器40中液位的当前数据和历史分钟数据进行存储。
实际应用中，氢气再生塔20的出口温度队列可以为：TT1、TT2、TT3…TTn，氢气气水分离器40的液位队列可以为：LIT1、LIT2、LIT3…LITn。并计算每一个当前分钟出口温度与上一分钟出口温度的差值，即△TT1、△TT2、△TT3…△TTn-1，同时计算每一个当前分钟液位与上一分钟液位的差值，即△LIT1、△LIT2、△LIT3…△LITn-1。
其中，TTn表示当前分钟出口温度；LITn表示当前分钟液位；每一个当前分钟出口温度与上一分钟出口温度的差值可以通过△TTn-1＝TTn-TTn-1计算得出；同时，每一个当前分钟液位与上一分钟液位的差值可以通过△LITn-1＝LITn-LITTn-1计算得出。实际应用中并不仅限于此，视其具体应用环境而定即可，均在本申请保护范围内。
当△LITn-1≤N且△TTn-1≥M时认为氢气再生完全。此时，控制器10控制氢气再生塔20中的加热器停止加热。
实际应用中，N为水量预设差值，N的取值不唯一，考虑到液位波动以及远传液位计失真等客观因素，可根据实际工作情况选取，但是应接近于0，例如：N可取值为[-1，1]；M为温度预设差值，M的取值可以通过理论计算或实验测试得出。实际应用中并不仅限于此，视其具体应用环境而定即可，均在本申请保护范围内。
相较于现有的仅通过氢气出口温度，或时间来控制氢气再生过程的方法，本实施例提供的氢气再生控制方法，通过采用氢气再生塔20的出口温度和氢气气水分离器40中的液位来判断氢气是否再生完全，使得判断更为准确，且氢气再生更为完全，有利于氢气干燥系统的长期稳定运行。
本发明另一实施例还提供了一种氢气干燥系统，如图1所示，包括：控制器10、氢气再生塔20、氢气再生冷却器30及氢气气水分离器40；其中：
氢气再生塔20内设置有加热器，加热器受控于控制器10；氢气再生塔20的入口作为氢气干燥系统的氢气进口，氢气再生塔20的出口与氢气再生冷却器30的入口相连接，氢气再生冷却器30的出口与氢气气水分离器40的入口相连接，氢气气水分离器40的出口作为氢气干燥系统的氢气出口；氢气气水分离器40中设置有液位传感器，液位传感器与控制器10通信连接。
实际应用中，该液位传感器可以为远传液位计，以对氢气气水分离器40中的液位进行检测，并输出给控制器10，实际应用中并不仅限于此，视其具体应用环境而定即可，均在本申请保护范围内。
优选的，该氢气干燥系统也可以如图4所示，还包括：温度传感器50；该温度传感器50设置于氢气再生塔20的出口，且与控制器10通信连接。
本实施例提供的氢气干燥系统，通过在氢气气水分离器40中设置液位传感器，以使控制器10能够通过氢气气水分离器40中的液位来控制氢气再生过程；同时，通过采用温度传感器50，来获取氢气再生塔20的出口温度，以通过氢气再生塔20的出口温度和氢气气水分离器40中的液位共同对氢气再生过程进行控制，提高了氢气再生控制过程的准确性。
本说明书中的各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种氢气再生控制方法，其特征在于，应用于氢气干燥系统的控制器，所述氢气再生控制方法包括：
获取所述氢气干燥系统中进行氢气再生时脱除的水量监测数据；
根据所述水量监测数据，判断再生时脱除的水量是否满足再生停止条件；
若所述再生时脱除的水量满足所述再生停止条件，则判定所述氢气干燥系统中的氢气再生完全。
2.根据权利要求1所述的氢气再生控制方法，其特征在于，所述水量监测数据，为：所述氢气干燥系统中氢气气水分离器内液位的检测数据。
3.根据权利要求1所述的氢气再生控制方法，其特征在于，所述再生停止条件，包括：
所述氢气干燥系统中氢气气水分离器内的液位变化幅度，小于水量预设差值。
4.根据权利要求1至3任一项所述的氢气再生控制方法，其特征在于，在所述判断再生时脱除的水量是否满足再生停止条件之前，还包括：
确定所述氢气干燥系统前级电解槽的制氢功率状态；
若所述制氢功率状态为额定功率运行状态，则确定所述再生停止条件，包括：所述氢气干燥系统中氢气气水分离器内的液位为预设液位。
5.根据权利要求4所述的氢气再生控制方法，其特征在于，在确定所述氢气干燥系统前级电解槽的制氢功率状态之后，还包括：
若所述制氢功率状态为变功率运行状态，则确定所述再生停止条件，包括：所述氢气干燥系统中氢气气水分离器内的液位变化幅度，小于所述水量预设差值。
6.根据权利要求5所述的氢气再生控制方法，其特征在于，在所述获取所述氢气干燥系统中进行氢气再生时脱除的水量监测数据的同时，还包括：获取所述氢气干燥系统中氢气再生塔的出口温度；
若所述制氢功率状态为变功率运行状态，则确定所述再生停止条件，还包括：所述出口温度的变化温度大于温度预设差值。
7.根据权利要求6所述的氢气再生控制方法，其特征在于，所述温度预设差值为：所述氢气干燥系统中加热器的功率与加热时间及预设系数的乘积，与氢气比热容的比值。
8.根据权利要求1至3任一项所述的氢气再生控制方法，其特征在于，在所述判定氢气干燥系统中的氢气再生完全之后，还包括：
控制所述加热器停止加热，进入冷吹工作状态。
9.一种氢气干燥系统，其特征在于，包括：控制器、氢气再生塔、氢气再生冷却器及氢气气水分离器；其中，
所述氢气再生塔内设置有加热器；
所述氢气再生塔的入口作为所述氢气干燥系统的氢气进口；
所述氢气再生塔的出口与所述氢气再生冷却器的入口相连接；
所述氢气再生冷却器的出口与所述氢气气水分离器的入口相连接；
所述氢气气水分离器的出口作为所述氢气干燥系统的氢气出口；
所述氢气气水分离器中设置有液位传感器；
所述加热器受控于所述控制器；
所述液位传感器与所述控制器通信连接；
所述控制器用于执行如权利要求1至8任一项所述的氢气再生控制方法。
10.根据权利要求9所述的再生分离器，其特征在于，还包括：温度传感器；
所述温度传感器设置于所述氢气再生塔的出口；
所述温度传感器与所述控制器通信连接。
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