CN116516378A - 一种pem电解制氢的热管理控制系统及其控制方法 - Google Patents
一种pem电解制氢的热管理控制系统及其控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116516378A CN116516378A CN202310796388.XA CN202310796388A CN116516378A CN 116516378 A CN116516378 A CN 116516378A CN 202310796388 A CN202310796388 A CN 202310796388A CN 116516378 A CN116516378 A CN 116516378A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- heat
- control valve
- valve group
- electric control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 71
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 71
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 61
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 16
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 117
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 62
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims abstract description 51
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 30
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 17
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims abstract description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 39
- 238000007726 management method Methods 0.000 claims description 34
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 12
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 12
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 7
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 7
- PIYVNGWKHNMMAU-UHFFFAOYSA-N [O].O Chemical compound [O].O PIYVNGWKHNMMAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 3
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 abstract description 11
- 239000002274 desiccant Substances 0.000 abstract description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 2
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000007791 dehumidification Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/60—Constructional parts of cells
- C25B9/67—Heating or cooling means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/02—Process control or regulation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/02—Process control or regulation
- C25B15/021—Process control or regulation of heating or cooling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
- C25B15/083—Separating products
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Abstract
本发明提供一种PEM电解制氢的热管理控制系统及其控制方法，其中控制系统包括：第一吸热端，设置在电解槽组内，用于在电解制氢过程中吸取电解制氢产生的热量；第一电控阀组，一端与第一吸热端连接；第一放热端，设置在吹扫气体生成装置内，一端与第一电控阀组连接，用于对气体进行加热获得吹扫气体；吹扫气体用于通入氢气分离子系统的烘干装置内；中央控制模块，与第一电控阀组电连接。本发明的PEM电解制氢的热管理控制系统，通过第一吸热端将电解槽在电解过程中产生的热量输送到吹扫气体生成装置，产生高温气体对氢气分离子系统的烘干装置内的干燥剂进行高温吹扫，使吸附的水脱附，提高了电解产生的热能的有效利用。
Description
技术领域
本发明涉及热管理控制技术领域，特别涉及一种PEM电解制氢的热管理控制系统及其控制方法。
背景技术
PEM电解制氢，即采用质子交换膜制氢的一种工艺。PEM电解制氢存在如下优势：1、使对纯水进行电解产生氢气，相较于碱性电解液的潜在污染性，更符合环保理念；2、质子交换膜因其电阻低、气体渗透率低的特点，使其能够在电解的时候应用更高的电流密度、产生气体的工作效率高并且产生的氢气的纯度高。3、电解反应响应速度快，可以采用光伏设备或风能发电设备等可再生能源产生的电能作为电解的电能，更具环保性。
现在PEM电解制氢技术都是通过将自来水等水体经过净水设备净化为纯水，然后将存水送入质子交换膜电解槽进行电解制氢；然后气体再通过除湿、冷凝捕集、气体分离等步骤，气体被冷却，其中包含的水汽也被凝结下来；凝结的水汽经过回流处理后再送入电解槽内进行电解，形成循环。
现有的PEM电解制氢技术中对于热的管理主要还停留在将气体干燥冷却过程中产生的热量排放到大气、将电解槽电解过程中产生的热量传输至冷却系统的处理部分以及对进入电解槽的水的温度进行调节，过程中造成大量能源的浪费以及消耗。
发明内容
本发明目的之一在于提供了一种PEM电解制氢的热管理控制系统，通过第一吸热端将电解槽在电解过程中产生的热量输送到吹扫气体生成装置，对空气进行加热形成高温吹扫气体，对氢气分离子系统的烘干装置内的干燥剂进行高温吹扫，使吸附的水脱附，提高了电解产生的热能的有效利用。
本发明实施例提供的一种PEM电解制氢的热管理控制系统，包括：
第一吸热端，设置在电解槽组内，用于在电解制氢过程中吸取电解制氢产生的热量；
第一电控阀组，一端与第一吸热端连接；
第一放热端，设置在吹扫气体生成装置内，一端与第一电控阀组连接，用于对气体进行加热获得吹扫气体；吹扫气体用于通入氢气分离子系统的烘干装置内，用于对烘干装置内的干燥剂进行高温吹扫；
中央控制模块，与第一电控阀组电连接。
优选的，热管理控制系统，还包括：
第二吸热端，设置在氢气分离子系统的氢水分离装置内，用于吸收氢气冷凝时放出的热量；
第二电控阀组，一端与第二吸热端连接；
第二放热端，设置在吹扫气体生成装置内，一端与第二电控阀组连接；
中央控制模块与第二电控阀组电连接。
优选的，PEM电解制氢的热管理控制系统，还包括：
第一温度检测模块，设置在第一吸热端内，用于检测第一吸热端内介质的第一温度；
第二温度检测模块，设置在第二吸热端内，用于检测第二吸热端内的介质的第二温度；
中央控制模块分别与第一温度检测模块和第二温度检测模块连接；第二电控阀组与第一放热端连接；第一电控阀组与第二放热端连接；吹扫气体生成装置中从进风口往出风口依次设置第一放热端和第二放热端。
优选的，中央控制模块执行如下操作：
通过第一温度检测模块检测第一吸热端内介质的第一温度；
通过第二温度检测模块检测第二吸热端内介质的第二温度；
基于第一温度和第二温度，确定第一电控阀组和第二电控阀组的工作模式。
优选的，中央控制模块基于第一温度和第二温度，确定第一电控阀组和第二电控阀组的工作模式，执行如下操作：
基于第一温度，确定当第一电控阀组将第一吸热端与第一放热端连通时，第一放热端内的介质的第三温度；
基于第一温度，确定当第一电控阀组将第一吸热端与第二放热端连通时，第二放热端内的介质的第四温度；
基于第二温度，确定当第二电控阀组将第二吸热端与第一放热端连通时，第一放热端内的介质的第五温度；
基于第二温度，确定当第二电控阀组将第二吸热端与第二放热端连通时，第二放热端内的介质的第六温度；
基于第三温度与第六温度、第四温度与第五温度的差异，确定第一电控阀组和第二电控阀组的工作模式。
优选的，中央控制模块基于第三温度与第六温度、第四温度与第五温度的差异，确定第一电控阀组和第二电控阀组的工作模式，执行如下操作：
当第三温度小于等于第六温度时，确定第四温度是否小于等于第五温度；当是时，控制第一电控阀组将第一吸热端与第一放热端连通，控制第二电控阀组将第二吸热端与第二放热端连通；当否时，比较第六温度与第四温度的大小，当第四温度大于等于第六温度时，控制第一电控阀组将第一吸热端与第二放热端连通，控制第二电控阀组将第二吸热端与第一放热端连通；
当第三温度大于第六温度时，比较第四温度与第五温度的大小；当第四温度大于等于第五温度时，控制第一电控阀组将第一吸热端与第二放热端连通，控制第二电控阀组将第二吸热端与第一放热端连通；当第四温度小于第五温度时，输出异常报警。
优选的，基于第一温度，确定当第一电控阀组将第一吸热端与第一放热端连通时，第一放热端内的介质的第三温度，执行如下操作：
获取第一吸热端的第一参数信息；
获取第一放热端的第二参数信息；
获取第一吸热端到第一电控阀组的管路的第三参数信息；
获取第一放热端到第一电控阀组的管路的第四参数信息；
获取第一电控阀组的第五参数信息；
基于第一参数信息、第二参数信息、第三参数信息、第四参数信息和第五参数，构建分析参数集；
基于分析参数集，从预设的温度分析库中，调取冷端热端温度对照表；
基于第一温度，查询冷端热端温度对照表，确定第三温度。
优选的，PEM电解制氢的热管理控制系统，还包括：
第三吸热端，设置在氧气分离子系统的氧水分离装置内，用于吸收氧气冷凝时放出的热量；
第三电控阀组，一端与第三吸热端连接；
第三放热端，设置在吹扫气体生成装置内，一端与第三电控阀组连接；
第三温度检测模块，设置在第三吸热端内，用于检测第三吸热端内介质的第七温度；
中央控制模块与第三温度检测模块连接；第二电控阀组与第三放热端连接；第一电控阀组与第三放热端连接；第三电控阀组分别与第一放热端和第二放热端连接；吹扫气体生成装置中从进风口往出风口依次设置第一放热端、第二放热端和第三放热端；
中央控制模块与第三电控阀组电连接；
中央控制模块执行如下操作：
基于第一温度、第二温度和第三温度，确定各个预设的控制模式下的第一放热端、第二放热端和第三放热端的温度；
提取第一放热端、第二放热端和第三放热端的温度依次递增且第三放热端温度最高所对应的控制模式；
基于提取的控制模式，控制第一电控阀组、第二电控阀组和第三电控阀组的连通。
优选的，PEM电解制氢的热管理控制系统，还包括：
第四吸热端，设置在供能子系统内，用于吸收供能子系统供能时放出的热量；
第四电控阀组，一端与第四吸热端连接；
初级放热端，设置在吹扫气体生成装置内，一端与第四电控阀组连接；
第四温度检测模块，设置在第四吸热端内，用于检测第四吸热端内介质的第八温度；
中央控制模块与第四温度检测模块连接；第二电控阀组与初级放热端连接；第一电控阀组与初级放热端连接；第三电控阀组与初级放热端连接；第四电控阀组分别与第一放热端、第二放热端和第三放热端连接；吹扫气体生成装置中从进风口往出风口依次设置初级放热端、第一放热端、第二放热端和第三放热端；
当初级放热端温度小于吹扫气体生成装置的进气端的进气温度时，关闭第四电控阀组。
本发明还提供一种PEM电解制氢的热管理方法，应用于上述任一PEM电解制氢的热管理控制系统，包括：
当第一吸热端内的介质的第一温度大于预设的第一温度阈值时，开启第一电控阀组；
当第二吸热端内的介质的第二温度大于预设的第二温度阈值时，开启第二电控阀组；
当第三吸热端内的介质的第三温度大于预设的第三温度阈值时，开启第三电控阀组。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种PEM电解制氢的热管理控制系统的示意图；
图2为本发明实施例中一种中央控制模块执行步骤的示意图；
图3为本发明实施例中一种吹扫气体生成装置的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种PEM电解制氢的热管理控制系统，如图1所示，包括：第一吸热端1、第一电控阀组2、第一放热端3和中央控制模块4；
其中，第一吸热端1设置在电解槽组内；第一放热端3设置在吹扫气体生成装置内；第一电控阀组2分别与第一吸热端1与第一放热端3连接；中央控制模块4与第一电控阀组2电连接；中央控制模块4控制第一电控阀组2的通断；当第一电控阀组2连通时，第一吸热端1吸收电解槽组内的电解制氢过程中产生的热量，第一吸热端1内吸收热量的介质由第一电控阀组向第一放热端3移动，到第一放热端3进行放热；第一放热端3放热对从吹扫气体生成装置内的气体进行加热，形成高温吹扫气体，对烘干装置内的干燥剂进行高温吹扫，将干燥剂吸收的水分脱附出，实现了干燥剂的循环使用。
本实施例的PEM电解制氢的热管理控制系统，应用在PEM电解制氢系统；PEM电解制氢系统包括：净水装置、PEM电解槽组、氢气分离子系统、氧气分离子系统和供能子系统；净水装置对自来水等水体的水进行净化，获得纯水；纯水输入到PEM电解槽内，在供能子系统提供的电能的作用下进行电解，电解出的氢气经由氢气分离子系统处理获得纯净的氢气，电解出的氧气经由氧气分离子系统处理获得纯净的氧气；其中，氢气分离子系统包括：氢水分离装置、烘干装置、氢低压存储罐、压缩机和氢气存储罐，从电解槽组中出来的氢气经过氢水分离装置进行氢气与水汽的分离，分离的水汽可通过回流装置回流至电解槽组内进行循环利用，分离的氢气再经过烘干装置进一步去除其附带的水分；氧气分离子系统包括：氧水分离装置、干燥装置、氧低压存储罐、压缩机和氧气存储罐。本实施例的PEM电解制氢的热管理控制系统，通过第一吸热端1将电解槽在电解过程中产生的热量输送到吹扫气体生成装置，对空气进行加热形成高温吹扫气体，对氢气分离子系统的烘干装置内的干燥剂进行高温吹扫，使吸附的水脱附，提高了电解产生的热能的有效利用。为了本实施例的更好实施，烘干装置设置为两个，两个轮换使用，即其中一个用于对氢气的烘干，另一个被吹扫气体生成装置生成的高温气体吹扫，保证了氢气的烘干的持续进行。
在一个实施例中，热管理控制系统，包括：第一吸热端、第一电控阀组、第一放热端和中央控制模块；此外，还包括：第二吸热端、第二电控阀组和第二放热端；
其中，第二吸热端设置在氢气分离子系统的氢水分离装置内；第二放热端也设置在吹扫气体生成装置内；第二电控阀组分别与第二吸热端与第二放热端连接；中央控制模块与第二电控阀组电连接；中央控制模块控制第二电控阀组的通断；当第二电控阀组连通时，第二吸热端吸收氢水分离装置内氢气冷凝时放出的热量，第二吸热端内吸收热量的介质由第二电控阀组向第二放热端移动，到第二放热端进行放热；第二放热端与第一放热端共同放热对从吹扫气体生成装置内的气体进行加热，形成高温吹扫气体，对烘干装置内的干燥剂进行高温吹扫，将干燥剂吸收的水分脱附出，实现了干燥剂的循环使用。
在一个实施例中，PEM电解制氢的热管理控制系统包括：第一吸热端、第一电控阀组、第一放热端、中央控制模块、第二吸热端、第二电控阀组和第二放热端；此外，还包括：第一温度检测模块和第二温度检测模块；
其中，第一温度检测模块设置在第一吸热端内，用于检测第一吸热端内介质的第一温度；第二温度检测模块设置在第二吸热端内，用于检测第二吸热端内的介质的第二温度；中央控制模块分别与第一温度检测模块和第二温度检测模块连接；第二电控阀组与第一放热端连接；第一电控阀组与第二放热端连接；吹扫气体生成装置中从进风口往出风口依次设置第一放热端和第二放热端。
其中，如图2所示，中央控制模块执行如下操作：
步骤S1：通过第一温度检测模块检测第一吸热端内介质的第一温度；
步骤S2：通过第二温度检测模块检测第二吸热端内介质的第二温度；
步骤S3：基于第一温度和第二温度，确定第一电控阀组和第二电控阀组的工作模式。
其中，中央控制模块基于第一温度和第二温度，确定第一电控阀组和第二电控阀组的工作模式，执行如下操作：
基于第一温度，确定当第一电控阀组将第一吸热端与第一放热端连通时，第一放热端内的介质的第三温度；
基于第一温度，确定当第一电控阀组将第一吸热端与第二放热端连通时，第二放热端内的介质的第四温度；
基于第二温度，确定当第二电控阀组将第二吸热端与第一放热端连通时，第一放热端内的介质的第五温度；
基于第二温度，确定当第二电控阀组将第二吸热端与第二放热端连通时，第二放热端内的介质的第六温度；
基于第三温度与第六温度、第四温度与第五温度的差异，确定第一电控阀组和第二电控阀组的工作模式。
其中，中央控制模块基于第三温度与第六温度、第四温度与第五温度的差异，确定第一电控阀组和第二电控阀组的工作模式，执行如下操作：
当第三温度小于等于第六温度时，确定第四温度是否小于等于第五温度；当是时，控制第一电控阀组将第一吸热端与第一放热端连通，控制第二电控阀组将第二吸热端与第二放热端连通；当否时，比较第六温度与第四温度的大小，当第四温度大于等于第六温度时，控制第一电控阀组将第一吸热端与第二放热端连通，控制第二电控阀组将第二吸热端与第一放热端连通；
当第三温度大于第六温度时，比较第四温度与第五温度的大小；当第四温度大于等于第五温度时，控制第一电控阀组将第一吸热端与第二放热端连通，控制第二电控阀组将第二吸热端与第一放热端连通；当第四温度小于第五温度时，输出异常报警。
其中，基于第一温度，确定当第一电控阀组将第一吸热端与第一放热端连通时，第一放热端内的介质的第三温度，执行如下操作：
获取第一吸热端的第一参数信息；第一参数信息包括介质类型、吸热交换部件的类型（例如：换热管路、换热翅片等）、当为换热管路时，管路的排布类型、管路的直径等；
获取第一放热端的第二参数信息；第二参数信息包括介质类型、热交换部件的类型（例如：换热管路、换热翅片等）、当为换热管路时，管路的排布类型、管路的直径等；
获取第一吸热端到第一电控阀组的管路的第三参数信息；第三参数信息包括管路的长度、管路的直径等；
获取第一放热端到第一电控阀组的管路的第四参数信息；第四参数信息包括管路的长度、管路的直径等；
获取第一电控阀组的第五参数信息；第五参数信息包括：阀组型号、内部通路上的最小截面的面积等；
基于第一参数信息、第二参数信息、第三参数信息、第四参数信息和第五参数，构建分析参数集；通过对第一参数信息、第二参数信息、第三参数信息、第四参数信息和第五参数，通过对应的预先配置的量化标准进行标准量化，然后按序排列，形成分析参数集；
基于分析参数集，从预设的温度分析库中，调取冷端热端温度对照表；温度分析库中分析参数集与冷端热端温度对照表一一对应关联；
基于第一温度，查询冷端热端温度对照表，确定第三温度。冷端热端温度对照表中热端的第一温度与冷端的第三温度一一对应；
本实施例的PEM电解制氢的热管理控制系统，基于第一吸热端和第二吸热端的温度，对第一放热端和第二放热端的温度进行确定，通过确定的温度情况，控制第一电控阀组和第二电控阀组的工作模式，进而实现了保证吹扫气体生成装置的气体流向上的温度是逐渐增加的，以保证第一放热端和第二放热端的放热效果，进而保证第一吸热端和第二吸热端的吸热效果；保证了电解制氢系统放出的热量的有效利用。
在一个实施例中，PEM电解制氢的热管理控制系统，包括：第一吸热端、第一电控阀组、第一放热端、中央控制模块、第二吸热端、第二电控阀组、第二放热端、第一温度检测模块和第二温度检测模块；此外，还包括：第三吸热端、第三电控阀组、第三放热端和第三温度检测模块；
其中，第三吸热端设置在氧气分离子系统的氧水分离装置内，用于吸收氧气冷凝时放出的热量；第三电控阀组一端与第三吸热端连接；第三放热端，设置在吹扫气体生成装置内，一端与第三电控阀组连接；第三温度检测模块，设置在第三吸热端内，用于检测第三吸热端内介质的第七温度；
中央控制模块与第三温度检测模块连接；第二电控阀组与第三放热端连接；第一电控阀组与第三放热端连接；第三电控阀组分别与第一放热端和第二放热端连接；吹扫气体生成装置中从进风口往出风口依次设置第一放热端、第二放热端和第三放热端；
中央控制模块与第三电控阀组电连接；
中央控制模块执行如下操作：
基于第一温度、第二温度和第三温度，确定各个预设的控制模式下的第一放热端、第二放热端和第三放热端的温度；
提取第一放热端、第二放热端和第三放热端的温度依次递增且第三放热端温度最高所对应的控制模式；
基于提取的控制模式，控制第一电控阀组、第二电控阀组和第三电控阀组的连通。
本实施例在利用电解槽组、氢水分离装置内的热量的前提上，提出了利用氧水分离装置的热量；在利用时，通过第一电控阀组、第二电控阀组和第三电控阀组的与热端或冷端的控制切换等，保证吹到气体生成装置中的从第一放热端、第二放热端和第三放热端的温度依次递增，并且保证第三放热端的温度最高，以保证吹扫气体的温度可以在条件范围内为最高，保证吹扫效果；其中，电控阀组与吸热端一一对应，然后根据电控阀组连通的放热端的不同，确定不同的控制模式，例如：预设的控制模式包括如下模式：第一种模式：第一电控阀组连通第一放热端和第一吸热端、第二电控阀组连通第二放热端和第二吸热端、第三电控阀组连通第三放热端和第三吸热端；第二种模式：第一电控阀组连通第二放热端和第一吸热端、第二电控阀组连通第三放热端和第二吸热端、第三电控阀组连通第一放热端和第三吸热端；第三种模式：第一电控阀组连通第三放热端和第一吸热端、第二电控阀组连通第一放热端和第二吸热端、第三电控阀组连通第二放热端和第三吸热端；第四种模式：第一电控阀组连通第三放热端和第一吸热端、第二电控阀组连通第二放热端和第二吸热端、第三电控阀组连通第一放热端和第三吸热端，等。
在一个实施例中，PEM电解制氢的热管理控制系统，包括：第一吸热端、第一电控阀组、第一放热端、中央控制模块、第二吸热端、第二电控阀组、第二放热端、第一温度检测模块、第二温度检测模块、第三吸热端、第三电控阀组、第三放热端和第三温度检测模块，还包括：第四吸热端、第四电控阀组、初级放热端和第四温度检测模块；
其中，第四吸热端设置在供能子系统内，用于吸收供能子系统供能时放出的热量；功能子系统包括太阳能光伏系统和/或风能系统，主要设置在功能子系统产生热能的变压器、整流器（或逆变器）的设置柜内，吸收其工作时向外散发的热量，可以通过换热管路将各个变压器模块或整流器模块围起来的方式实施；初级放热端设置在吹扫气体生成装置内；第四电控阀组一端与第四吸热端连接，另一端与初级放热端连接；第四温度检测模块设置在第四吸热端内，用于检测第四吸热端内介质的第八温度；
其中，中央控制模块与第四温度检测模块连接；第二电控阀组与初级放热端连接；第一电控阀组与初级放热端连接；第三电控阀组与初级放热端连接；第四电控阀组分别与第一放热端、第二放热端和第三放热端连接；吹扫气体生成装置中从进风口往出风口依次设置初级放热端、第一放热端、第二放热端和第三放热端；
当初级放热端温度小于吹扫气体生成装置的进气端的进气温度时，关闭第四电控阀组。
本实施例在原有基础上进一步利用功能子系统产生的热量；但是因为其发出的热量相较来说比其他部位要少，因此需要确定设置在吹扫气体生成装置内的初级放热端的温度是否大于进气温度，当不大于时，无需开启第四电控阀组，以便造成不必要的负担；此外，当初级放热端的温度不大于进气温度时，第四电控阀组还可以连通到冷却处理端，冷却处理端对介质进行冷却，以保证功能子系统的温度。
在一个实施例中，如图3所示，吹扫气体生成装置包括：主体11、进气端12、出气端13和设置在主体11内的多个相连通的腔室14；各个腔室14之间设置有采用隔热材料设置的隔板15，在隔板15的中部设置有风道；在各个腔室14内分别设置初级放热端、第一放热端、第二放热端和第三放热端；从进气端12至出气端13依次设置初级放热端；第一放热端、第二放热端和第三放热端；出气端13通过管路和阀门分别与两个干燥装置连通；进气端12连接进气风机；在每个腔室的前端还设置有布风板16，用于均布空气。隔板15的设置降低各个放热端之间的相互干扰。
本发明还提供一种PEM电解制氢的热管理方法，应用于上述任一PEM电解制氢的热管理控制系统，包括：
当第一吸热端内的介质的第一温度大于预设的第一温度阈值时，开启第一电控阀组；
当第二吸热端内的介质的第二温度大于预设的第二温度阈值时，开启第二电控阀组；
当第三吸热端内的介质的第三温度大于预设的第三温度阈值时，开启第三电控阀组。
本实施例通过第一温度阈值、第二温度阈值和第三温度阈值，确定是否开启第一电控阀组、第二电控阀组和第三电控阀组，第一电控阀组、第二电控阀组和第三电控阀组是在PEM电解制氢系统开启后一端时间内相继开启；其中，第一温度阈值可以综合分析第一吸热端吸热后在吹扫气体生成装置的放热端的温度刚好存在大于进气温度一定温度（例如：5摄氏度）所对应情形下的第一吸热端的温度；第二温度阈值、第三温度阈值也可用相同的手段进行确定，然后配置在系统内。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种PEM电解制氢的热管理控制系统，其特征在于，包括：
第一吸热端，设置在电解槽组内，用于在电解制氢过程中吸取电解制氢产生的热量；
第一电控阀组，一端与所述第一吸热端连接；
第一放热端，设置在吹扫气体生成装置内，一端与所述第一电控阀组连接，用于对气体进行加热获得吹扫气体；所述吹扫气体用于通入氢气分离子系统的烘干装置内；
中央控制模块，与所述第一电控阀组电连接。
2.如权利要求1所述的PEM电解制氢的热管理控制系统，其特征在于，还包括：
第二吸热端，设置在所述氢气分离子系统的氢水分离装置内，用于吸收氢气冷凝时放出的热量；
第二电控阀组，一端与所述第二吸热端连接；
第二放热端，设置在所述吹扫气体生成装置内，一端与所述第二电控阀组连接；
所述中央控制模块与所述第二电控阀组电连接。
3.如权利要求2所述的PEM电解制氢的热管理控制系统，其特征在于，还包括：
第一温度检测模块，设置在所述第一吸热端内，用于检测所述第一吸热端内介质的第一温度；
第二温度检测模块，设置在所述第二吸热端内，用于检测所述第二吸热端内的介质的第二温度；
所述中央控制模块分别与所述第一温度检测模块和所述第二温度检测模块连接；所述第二电控阀组与所述第一放热端连接；所述第一电控阀组与所述第二放热端连接；所述吹扫气体生成装置中从进风口往出风口依次设置所述第一放热端和第二放热端。
4.如权利要求3所述的PEM电解制氢的热管理控制系统，其特征在于，所述中央控制模块执行如下操作：
通过所述第一温度检测模块检测所述第一吸热端内介质的第一温度；
通过所述第二温度检测模块检测所述第二吸热端内介质的第二温度；
基于所述第一温度和所述第二温度，确定所述第一电控阀组和所述第二电控阀组的工作模式。
5.如权利要求4所述的PEM电解制氢的热管理控制系统，其特征在于，所述中央控制模块基于所述第一温度和所述第二温度，确定所述第一电控阀组和所述第二电控阀组的工作模式，执行如下操作：
基于所述第一温度，确定当所述第一电控阀组将所述第一吸热端与所述第一放热端连通时，所述第一放热端内的介质的第三温度；
基于所述第一温度，确定当所述第一电控阀组将所述第一吸热端与所述第二放热端连通时，所述第二放热端内的介质的第四温度；
基于所述第二温度，确定当所述第二电控阀组将所述第二吸热端与所述第一放热端连通时，所述第一放热端内的介质的第五温度；
基于所述第二温度，确定当所述第二电控阀组将所述第二吸热端与所述第二放热端连通时，所述第二放热端内的介质的第六温度；
基于所述第三温度与所述第六温度、所述第四温度与所述第五温度的差异，确定所述第一电控阀组和所述第二电控阀组的工作模式。
6.如权利要求5所述的PEM电解制氢的热管理控制系统，其特征在于，所述中央控制模块基于所述第三温度与所述第六温度、所述第四温度与所述第五温度的差异，确定所述第一电控阀组和所述第二电控阀组的工作模式，执行如下操作：
当所述第三温度小于等于所述第六温度时，确定所述第四温度是否小于等于所述第五温度；当是时，控制所述第一电控阀组将第一吸热端与第一放热端连通，控制所述第二电控阀组将所述第二吸热端与第二放热端连通；当否时，比较第六温度与第四温度的大小，当所述第四温度大于等于第六温度时，控制所述第一电控阀组将第一吸热端与第二放热端连通，控制所述第二电控阀组将所述第二吸热端与第一放热端连通；
当所述第三温度大于第六温度时，比较所述第四温度与第五温度的大小；当所述第四温度大于等于第五温度时，控制所述第一电控阀组将第一吸热端与第二放热端连通，控制所述第二电控阀组将所述第二吸热端与第一放热端连通；当所述第四温度小于所述第五温度时，输出异常报警。
7.如权利要求5所述的PEM电解制氢的热管理控制系统，其特征在于，所述基于所述第一温度，确定当所述第一电控阀组将所述第一吸热端与所述第一放热端连通时，所述第一放热端内的介质的第三温度，执行如下操作：
获取第一吸热端的第一参数信息；
获取第一放热端的第二参数信息；
获取第一吸热端到所述第一电控阀组的管路的第三参数信息；
获取第一放热端到所述第一电控阀组的管路的第四参数信息；
获取第一电控阀组的第五参数信息；
基于所述第一参数信息、第二参数信息、第三参数信息、第四参数信息和第五参数，构建分析参数集；
基于所述分析参数集，从预设的温度分析库中，调取冷端热端温度对照表；
基于所述第一温度，查询所述冷端热端温度对照表，确定第三温度。
8.如权利要求3所述的PEM电解制氢的热管理控制系统，其特征在于，还包括：
第三吸热端，设置在氧气分离子系统的氧水分离装置内，用于吸收氧气冷凝时放出的热量；
第三电控阀组，一端与所述第三吸热端连接；
第三放热端，设置在所述吹扫气体生成装置内，一端与所述第三电控阀组连接；
第三温度检测模块，设置在所述第三吸热端内，用于检测所述第三吸热端内介质的第七温度；
所述中央控制模块与所述第三温度检测模块连接；所述第二电控阀组与所述第三放热端连接；所述第一电控阀组与所述第三放热端连接；所述第三电控阀组分别与所述第一放热端和所述第二放热端连接；所述吹扫气体生成装置中从进风口往出风口依次设置所述第一放热端、第二放热端和第三放热端；
所述中央控制模块与所述第三电控阀组电连接；
所述中央控制模块执行如下操作：
基于所述第一温度、所述第二温度和所述第三温度，确定各个预设的控制模式下的所述第一放热端、所述第二放热端和所述第三放热端的温度；
提取所述第一放热端、所述第二放热端和所述第三放热端的温度依次递增且所述第三放热端温度最高所对应的控制模式；
基于提取的控制模式，控制所述第一电控阀组、所述第二电控阀组和所述第三电控阀组的连通。
9.如权利要求3所述的PEM电解制氢的热管理控制系统，其特征在于，还包括：
第四吸热端，设置在供能子系统内，用于吸收供能子系统供能时放出的热量；
第四电控阀组，一端与所述第四吸热端连接；
初级放热端，设置在所述吹扫气体生成装置内，一端与所述第四电控阀组连接；
第四温度检测模块，设置在所述第四吸热端内，用于检测所述第四吸热端内介质的第八温度；
所述中央控制模块与所述第四温度检测模块连接；所述第二电控阀组与所述初级放热端连接；所述第一电控阀组与所述初级放热端连接；第三电控阀组与所述初级放热端连接；所述第四电控阀组分别与所述第一放热端、所述第二放热端和第三放热端连接；所述吹扫气体生成装置中从进风口往出风口依次设置初级放热端、所述第一放热端、第二放热端和第三放热端；
当所述初级放热端温度小于所述吹扫气体生成装置的进气端的进气温度时，关闭所述第四电控阀组。
10.一种PEM电解制氢的热管理方法，应用于如权利要求1至9所述的PEM电解制氢的热管理控制系统，其特征在于，包括：
当所述第一吸热端内的介质的第一温度大于预设的第一温度阈值时，开启所述第一电控阀组；
当第二吸热端内的介质的第二温度大于预设的第二温度阈值时，开启第二电控阀组；
当第三吸热端内的介质的第三温度大于预设的第三温度阈值时，开启第三电控阀组。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310796388.XA CN116516378B (zh) | 2023-07-03 | 2023-07-03 | 一种pem电解制氢的热管理控制系统及其控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310796388.XA CN116516378B (zh) | 2023-07-03 | 2023-07-03 | 一种pem电解制氢的热管理控制系统及其控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116516378A true CN116516378A (zh) | 2023-08-01 |
| CN116516378B CN116516378B (zh) | 2023-12-22 |
Family
ID=87403271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310796388.XA Active CN116516378B (zh) | 2023-07-03 | 2023-07-03 | 一种pem电解制氢的热管理控制系统及其控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116516378B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105420750A (zh) * | 2015-12-10 | 2016-03-23 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种电解水制氢气体压缩热回收利用系统及方法 |
| CN212983069U (zh) * | 2020-07-16 | 2021-04-16 | 中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司 | 一种电解水制氢系统的换热系统 |
| CN114574877A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-06-03 | 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 | 一种具有余热利用的电解水制氢系统 |
| CN114807962A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-07-29 | 华中科技大学 | 一种基于吸收式热泵的碱性电解水制氢系统及其调节方法 |
| CN115305493A (zh) * | 2022-08-01 | 2022-11-08 | 阳光氢能科技有限公司 | 电解水制氢设备及其干燥器再生控制方法 |
| CN115976575A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-04-18 | 时代氢源(深圳)科技有限公司 | 一种带干燥、提纯功能的小型制氢系统 |
| CN219091579U (zh) * | 2022-12-29 | 2023-05-30 | 时代氢源(深圳)科技有限公司 | 一种自带干燥功能的psa变压吸附提纯制氢装置 |
-
2023
- 2023-07-03 CN CN202310796388.XA patent/CN116516378B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105420750A (zh) * | 2015-12-10 | 2016-03-23 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种电解水制氢气体压缩热回收利用系统及方法 |
| CN212983069U (zh) * | 2020-07-16 | 2021-04-16 | 中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司 | 一种电解水制氢系统的换热系统 |
| CN114574877A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-06-03 | 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 | 一种具有余热利用的电解水制氢系统 |
| CN114807962A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-07-29 | 华中科技大学 | 一种基于吸收式热泵的碱性电解水制氢系统及其调节方法 |
| CN115305493A (zh) * | 2022-08-01 | 2022-11-08 | 阳光氢能科技有限公司 | 电解水制氢设备及其干燥器再生控制方法 |
| CN115976575A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-04-18 | 时代氢源(深圳)科技有限公司 | 一种带干燥、提纯功能的小型制氢系统 |
| CN219091579U (zh) * | 2022-12-29 | 2023-05-30 | 时代氢源(深圳)科技有限公司 | 一种自带干燥功能的psa变压吸附提纯制氢装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116516378B (zh) | 2023-12-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11542610B2 (en) | System for high-temperature reversible electrolysis of water comprising a hydride tank coupled with the electrolyser | |
| JP6584499B2 (ja) | 再循環する洗浄媒体を用いる電解法及び電解装置 | |
| CN108474565B (zh) | 家用能源中心和用于操作家用能源中心的方法 | |
| US6767661B2 (en) | Fuel cell system and method for operating the same | |
| CN109768302B (zh) | 一种带有废热回收装置的燃料电池测试系统及工作方法 | |
| CN113278992B (zh) | 一种水蒸气涡轮增压的燃料电池电解槽系统及其工作方法 | |
| CN116516378B (zh) | 一种pem电解制氢的热管理控制系统及其控制方法 | |
| CN109037727A (zh) | 用于新能源汽车的氢能源燃料电池 | |
| CN116960396B (zh) | 一种化工生产用氢燃料电池发电供热系统及其控制方法 | |
| JP2011210685A (ja) | 燃料電池コジェネレーション装置 | |
| CN109799457B (zh) | 一种燃料电池水管理监测系统及其工作方法 | |
| KR20030073679A (ko) | 연료전지 시스템의 냉각수 재활용 장치 | |
| CN114678572A (zh) | 一种分布式制氢储能发电系统及其工作方法 | |
| JP2019077924A (ja) | 水素製造・貯蔵・消費システム | |
| CN111463470B (zh) | 一种空冷燃料电池和液冷燃料电池的联合系统 | |
| JP5305689B2 (ja) | 燃料電池装置 | |
| CN111908423A (zh) | 一种温差发电耦合甲醇水重整制氢发电系统 | |
| JP5219712B2 (ja) | 燃料電池装置 | |
| CN114361513B (zh) | 一种氢燃料电池发动机加热氢气的系统和方法 | |
| CN217544676U (zh) | 一种分布式制氢储能发电系统 | |
| KR102551400B1 (ko) | 수소 가스 처리 모듈 및 수소 가스 공급 시스템 | |
| US20240072285A1 (en) | Energy storing electricity generator | |
| KR102589447B1 (ko) | 수소 분리막을 이용하는 수소 가스 처리 모듈 및 수소 가스 공급 시스템 | |
| JP2022172463A (ja) | 最適化された圧縮高温電解装置システム | |
| CN112680742A (zh) | 一种高温电解直接制备干燥纯氢的装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |