CN116970990A - 氢气的制备系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种氢气的制备系统和方法，涉及水电解制氢领域，该系统包括：控制器、至少一个电解槽、至少一个变频循环泵、气液分离装置和压力变送器。气液分离装置的输出端分别与每个变频循环泵的输入端连通，每个变频循环泵的输出端分别与碱液回液总管的第一端连接，碱液回液总管的第二端分别与每个电解槽的输入端连接，控制器分别与每个电解槽、每个变频循环泵和压力变送器连接。压力变送器设置在至少一个电解槽与至少一个变频循环泵之间的碱液回液总管上。控制器用于：根据电解槽的运行数量，从至少一个变频循环泵中确定目标变频循环泵。根据压力变送器采集的压力信息，控制目标变频循环泵的转速。

Description

氢气的制备系统和方法

技术领域

本公开涉及电解水制氢技术领域，具体地，涉及一种氢气的制备系统和方法。

背景技术

绿色复苏与重视新能源已成为全球多数国家的发展共识，氢能作为新能源的载体之一，是一种清洁高效的能源。目前，水电解制氢的氢气制备方法由于生产过程无污染，且生产的氢气纯度高，已经成为工业制氢的重要生产途径之一。随着绿电绿氢的快速发展，制氢的能源供给侧由稳定的电网供电转变为以光伏、风电为代表的新能源，由于新能源的不稳定性，制氢设备需要满足新能源的波动特性。

发明内容

本公开的目的是提供一种氢气的制备系统和方法，用于提高电解槽的碱液流量调节的稳定性。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种氢气的制备系统，所述系统包括：控制器、至少一个电解槽、至少一个变频循环泵、气液分离装置和压力变送器；所述气液分离装置的输出端分别与每个所述变频循环泵的输入端连通，每个所述变频循环泵的输出端分别与碱液回液总管的第一端连接，所述碱液回液总管的第二端分别与每个所述电解槽的输入端连接，所述控制器分别与每个所述电解槽、每个所述变频循环泵和所述压力变送器连接；所述压力变送器设置在所述至少一个电解槽与所述至少一个变频循环泵之间的碱液回液总管上；

所述控制器用于：

根据所述电解槽的运行数量，从所述至少一个变频循环泵中确定目标变频循环泵；

根据所述压力变送器采集的压力信息，控制所述目标变频循环泵的转速，所述压力信息指示所述碱液回液总管的压力。

可选地，所述控制器还用于：

在所述压力信息指示所述碱液回液总管的压力大于第一压力阈值的情况下，发出报警信息；

在所述压力信息指示所述碱液回液总管的压力大于第二压力阈值的情况下，控制所述电解槽和所述变频循环泵停止运行，所述第二压力阈值大于所述第一压力阈值。

可选地，所述控制器还用于：

在所述目标变频循环泵按照额定功率运行，且所述压力信息指示所述碱液回液总管的压力大于预设压力的情况下，增加所述目标变频循环泵的数量。

可选地，所述电解槽有多个，所述系统还包括：多个碱液流量计和多个碱液流量调节阀，多个所述碱液流量计和多个所述碱液流量调节阀分别与所述控制器连接；

每个所述电解槽通过碱液回液支管与所述碱液回液总管连接，每个所述碱液回液支管的第一端与所述电解槽的输入口连接，第二端与所述碱液回液总管的第二端连接，每个所述碱液回液支管上设置有所述碱液流量计和所述碱液流量调节阀。

可选地，所述控制器还用于：

获取每个所述碱液流量计检测的碱液流量；

在目标碱液流量计检测的碱液流量与预设碱液流量不相等的情况下，控制所述目标碱液流量计对应的碱液流量调节阀的开度，以将所述目标碱液流量计所在的碱液回液支管的碱液流量调整为所述预设碱液流量。

可选地，所述系统还包括：多个气液分离组件和多个气体纯度检测组件，每个所述电解槽对应一个氢气排出支管和一个氧气排出支管；每个所述氢气排出支管和每个所述氧气排出支管上均设置有所述气液分离组件和所述气体纯度检测组件；

每个所述氢气排出支管的第一端与所述电解槽的输出口连接，第二端与氢气排出总管连接；每个所述氧气排出支管的第一端与所述电解槽的输出口连接，第二端与氧气排出总管连接；

所述控制器还用于：

获取每个所述气体纯度检测组件检测的气体浓度；

在目标气体纯度检测仪检测的气体浓度不满足预设纯度条件的情况下，调整目标电解槽对应的碱液流量调节阀的开度，以调节输入所述目标电解槽的碱液流量，直至所述气体纯度满足所述预设纯度条件，所述目标电解槽为所述目标气体纯度检测仪对应的电解槽。

可选地，所述系统还包括：气液分离组件和气体纯度检测组件；每个所述电解槽对应一个氢气排出支管和一个氧气排出支管；

每个所述氢气排出支管的第一端与所述电解槽的输出口连接，第二端与氢气排出总管连接；每个所述氧气排出支管的第一端与所述电解槽的输出口连接，第二端与氧气排出总管连接；

所述氢气排出总管和所述氧气排出总管上均设置有所述气液分离组件和气体纯度检测组件，每个所述氢气排出支管和每个所述氧气排出支管上设置切断阀，每个所述切断阀分别与所述控制器连接；

所述控制器还用于：

依次打开所述每个切断阀，以使气体纯度检测组件依次检测每个所述电解槽输出气体的气体浓度；

在检测到所述气体浓度不满足预设纯度条件的情况下，调整目标电解槽对应的碱液流量调节阀，以调节输入所述目标电解槽的碱液流量，直至所述气体纯度满足所述预设纯度条件，所述目标电解槽为输出气体的气体浓度不满足预设纯度条件的电解槽。

可选地，所述预设纯度条件包括以下至少一个：

氧气中的氢气浓度大于第一预设浓度阈值；

氢气中的氧气浓度大于第二预设浓度阈值。

可选地，所述控制器用于：

按照预设流量步长，周期性地调整所述目标电解槽对应的碱液流量调节阀的开度，直至所述气体浓度满足所述预设纯度条件。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种氢气的制备方法，氢气的制备系统包括：控制器、至少一个电解槽、至少一个变频循环泵、气液分离装置和压力变送器；所述气液分离装置的输出端分别与每个所述变频循环泵的输入端连通，每个所述变频循环泵的输出端分别与碱液回液总管的第一端连接，所述碱液回液总管的第二端分别与每个所述电解槽的输入端连接，所述控制器分别与每个所述电解槽、每个所述变频循环泵和所述压力变送器连接；所述压力变送器设置在所述至少一个电解槽与所述至少一个变频循环泵之间的碱液回液总管上；应用于所述氢气的制备系统，所述方法包括：

根据所述电解槽的运行数量，从所述至少一个变频循环泵中确定目标变频循环泵；

根据所述压力变送器采集的压力信息，控制所述目标变频循环泵的转速，所述压力信息指示所述电解槽与所述气液分离装置之间的碱液回液总管的压力。

可选地，所述方法还包括：

在所述压力信息指示所述碱液回液总管的压力大于第一压力阈值的情况下，发出报警信息；

在所述压力信息指示所述碱液回液总管的压力大于第二压力阈值的情况下，控制所述电解槽和所述变频循环泵停止运行，所述第二压力阈值大于所述第一压力阈值。

可选地，所述方法还包括：

在所述目标变频循环泵按照额定功率运行，且所述压力信息指示所述碱液回液总管的压力大于预设压力的情况下，增加所述目标变频循环泵的数量。

可选地，所述电解槽有多个，所述系统还包括：多个碱液流量计和多个碱液流量调节阀，多个所述碱液流量计和多个所述碱液流量调节阀分别与所述控制器连接；

每个所述电解槽通过碱液回液支管与所述碱液回液总管连接，每个所述碱液回液支管的第一端与所述电解槽的输入口连接，第二端与所述碱液回液总管的第二端连接，每个所述碱液回液支管上设置有所述碱液流量计和所述碱液流量调节阀。

可选地，所述方法还包括：

获取每个所述碱液流量计检测的碱液流量；

在目标碱液流量计检测的碱液流量与预设碱液流量不相等的情况下，控制所述目标碱液流量计对应的碱液流量调节阀的开度，以将所述目标碱液流量计所在的碱液回液支管的碱液流量调整为所述预设碱液流量。

可选地，所述系统还包括：多个气液分离组件和多个气体纯度检测组件，每个所述电解槽对应一个氢气排出支管和一个氧气排出支管；每个所述氢气排出支管和每个所述氧气排出支管上均设置有所述气液分离组件和所述气体纯度检测组件；

每个所述氢气排出支管的第一端与所述电解槽的输出口连接，第二端与氢气排出总管连接；每个所述氧气排出支管的第一端与所述电解槽的输出口连接，第二端与氧气排出总管连接；

所述方法还包括：

获取每个所述气体纯度检测组件检测的气体浓度；

在目标气体纯度检测仪检测的气体浓度不满足预设纯度条件的情况下，调整目标电解槽对应的碱液流量调节阀的开度，以调节输入所述目标电解槽的碱液流量，直至所述气体纯度满足所述预设纯度条件，所述目标电解槽为所述目标气体纯度检测仪对应的电解槽。

可选地，所述系统还包括：气液分离组件和气体纯度检测组件；每个所述电解槽对应一个氢气排出支管和一个氧气排出支管；

每个所述氢气排出支管的第一端与所述电解槽的输出口连接，第二端与氢气排出总管连接；每个所述氧气排出支管的第一端与所述电解槽的输出口连接，第二端与氧气排出总管连接；

所述氢气排出总管和所述氧气排出总管上均设置有所述气液分离组件和气体纯度检测组件，每个所述氢气排出支管和每个所述氧气排出支管上设置切断阀，每个所述切断阀分别与所述控制器连接；

所述方法还包括：

依次打开所述每个切断阀，以使气体纯度检测组件依次检测每个所述电解槽输出气体的气体浓度；

在检测到所述气体浓度不满足预设纯度条件的情况下，调整目标电解槽对应的碱液流量调节阀，以调节输入所述目标电解槽的碱液流量，直至所述气体纯度满足所述预设纯度条件，所述目标电解槽为输出气体的气体浓度不满足预设纯度条件的电解槽。

可选地，所述预设纯度条件包括以下至少一个：

氧气中的氢气浓度大于第一预设浓度阈值；

氢气中的氧气浓度大于第二预设浓度阈值。

可选地，所述调整目标电解槽对应的碱液流量调节阀的开度包括：

按照预设流量步长，周期性地调整所述目标电解槽对应的碱液流量调节阀的开度，直至所述气体浓度满足所述预设纯度条件。

通过上述技术方案，本公开中的氢气制备系统包括：控制器、至少一个电解槽、至少一个变频循环泵、气液分离装置和压力变送器。气液分离装置的输出端分别与每个变频循环泵的输入端连通，每个变频循环泵的输出端分别与碱液回液总管的第一端连接，碱液回液总管的第二端分别与每个电解槽的输入端连接，控制器分别与每个电解槽、每个变频循环泵和压力变送器连接。压力变送器设置在至少一个电解槽与至少一个变频循环泵之间的碱液回液总管上。控制器用于根据电解槽的运行数量，从至少一个变频循环泵中确定目标变频循环泵，并根据压力变送器采集的压力信息，控制目标变频循环泵的转速，使得碱液回液总管中的压力能够保持恒定，进而保证电解槽输入恒定压力的碱液，使得电解槽的碱液流量调节更稳定、更精确，还可以减少因负荷波动导致的碱液对泵的冲击。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据一示例性实施例示出的一种氢气的制备系统的框图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种氢气的制备系统的示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种碱液流量的控制策略的示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的另一种氢气的制备系统的示意图；

图5是根据一示例性实施例示出的另一种碱液流量的控制策略的示意图；

图6是根据一示例性实施例示出的另一种碱液流量的控制策略的示意图；

图7是根据一示例性实施例示出的一种氢气的制备方法的流程图；

图8是根据一示例性实施例示出的另一种氢气的制备方法的流程图；

图9是根据一示例性实施例示出的另一种氢气的制备方法的流程图；

图10是根据一示例性实施例示出的另一种氢气的制备方法的流程图；

图11是根据一示例性实施例示出的另一种氢气的制备方法的流程图；

图12是根据一示例性实施例示出的另一种氢气的制备方法的流程图。

附图标记说明

100-氢气的制备系统；101-控制器；102-电解槽；103-变频循环泵；

104-气液分离装置；1041-氢侧气液分离单元；1042-氧侧气液分离单元；

105-压力变送器；106-碱液回液总管；107-碱液冷却器。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

图1是根据一示例性实施例示出的一种氢气的制备系统的框图，如图1所示，该系统100包括：控制器101、至少一个电解槽102、至少一个变频循环泵103、气液分离装置104和压力变送器105。气液分离装置104的输出端分别与每个变频循环泵103的输入端连通，每个变频循环泵103的输出端分别与碱液回液总管106的第一端连接，碱液回液总管106的第二端分别与每个电解槽102的输入端连接，控制器101分别与每个电解槽102、每个变频循环泵103和压力变送器105连接。压力变送器105设置在至少一个电解槽102与至少一个变频循环泵103之间的碱液回液总管106上。

控制器101用于：

根据电解槽102的运行数量，从至少一个变频循环泵103中确定目标变频循环泵103。

根据压力变送器105采集的压力信息，控制目标变频循环泵103的转速，压力信息指示碱液回液总管106的压力。

示例的，本公开中的气液分离装置104可以包括氢侧气液分离单元1041和氧侧气液分离单元1042，每个电解槽102产生的氢侧气液混合物均进入氢侧气液分离单元1041进行分离，每个电解槽102产生的氧侧气液混合物均进入氧侧气液分离单元1042进行分离，分离后的碱液从气液分离装置104通过碱液回液总管106返回到每个电解槽102。

本公开中的变频循环泵103可以是变频式循环泵，也可以包括变频器和碱液循环泵，其中，控制器101可以通过控制变频器的频率来控制循环泵的转速，本公开对此不作具体限定。

在一些实施例中，电解槽102可以是一个，变频循环泵103也可以是一个，目标变频循环泵103即为该变频循环泵103。气液分离装置104的输出端分别与变频循环泵103的输入端连通，其中，气液分离装置104的输出端可以分别与变频循环泵103的输入端直接连接，气液分离装置104的输出端也可以先分别与碱液冷却器的第一端连接，碱液冷却液的第二端可以与变频循环泵103的输入端连接，也就是说，气液分离装置104和变频循环泵103之间也可以接入碱液冷却器，本公开对气液分离装置104与变频循环泵103的连通方式不作具体限定。变频循环泵103的输出端与碱液回液总管106的第一端连接，碱液回液总管106的第二端与电解槽102的输入端连接，压力变送器105设置在电解槽102与变频循环泵103之间的碱液回液总管106上。电解槽102产生的气液混合物进入气液分离装置104进行分离，分离后的碱液从气液分离装置104通过碱液回液总管106返回到电解槽102。压力变送器105可以实时检测碱液回液总管106的压力，并将包括碱液回液总管106的压力的压力信息发送给控制器101，控制器101可以根据压力信息和预设压力进行PID(英文：Proportional IntegralDerivative)调节，通过控制变频循环泵103的转速，使碱液回液总管106的压力保持在预设压力。

在另一些实施例中，电解槽102可以是多个，变频循环泵103可以是一个，目标变频循环泵103即为该变频循环泵103。每个电解槽102对应一个碱液回液支管，每个电解槽102通过碱液回液支管与碱液回液总管106连接，每个碱液回液支管的第一端与电解槽102的输入口连接，每个碱液回液支管的第二端与碱液回液总管106的第二端连接。碱液回液总管106的第一端与变频循环泵103的输出端连接，气液分离装置104的输出端与变频循环泵103的输入端连接。电解槽102产生的气液混合物进入气液分离装置104进行分离，分离后的碱液从气液分离装置104通过碱液回液总管106和每个碱液回液支管返回到每个电解槽102。压力变送器105可以设置在多个电解槽102与变频循环泵103之间的碱液回液总管106上，以实时检测碱液回液总管106的压力，并将包括碱液回液总管106的压力的压力信息发送给控制器101，控制器101可以根据压力信息和预设压力进行PID调节，通过控制变频循环泵103的转速，使碱液回液总管106的压力保持在预设压力。

在另一些实施例中，电解槽102可以是多个，变频循环泵103也可以是多个。每个电解槽102对应一个碱液回液支管，每个电解槽102通过碱液回液支管与碱液回液总管106连接，每个碱液回液支管的第一端与对应电解槽102的输入口连接，每个碱液回液支管的第二端与碱液回液总管106的第二端连接。碱液回液总管106的第一端分别与每个变频循环泵103的输出端连接，气液分离装置104的输出端与变频循环泵103的输入端连接。电解槽102产生的气液混合物进入气液分离装置104进行分离，分离后的碱液从气液分离装置104通过碱液回液总管106和每个碱液回液支管返回到每个电解槽102。压力变送器105可以设置在多个电解槽102与变频循环泵103之间的碱液回液总管106上，以实时检测碱液回液总管106的压力，并将包括碱液回液总管106的压力的压力信息发送给控制器101。控制器101可以根据电解槽102的运行数量，从多个变频循环泵103中确定目标变频循环泵103，根据压力信息和预设压力进行PID调节，通过控制目标变频循环泵103的转速，使碱液回液总管106的压力保持在预设压力。

综上所述，本公开中的氢气制备系统包括：控制器、至少一个电解槽、至少一个变频循环泵、气液分离装置和压力变送器。气液分离装置的输出端分别与每个变频循环泵的输入端连接，每个变频循环泵的输出端分别与碱液回液总管的第一端连接，碱液回液总管的第二端分别与每个电解槽的输入端连接，控制器分别与每个电解槽、每个变频循环泵和压力变送器连接。压力变送器设置在至少一个电解槽与至少一个变频循环泵之间的碱液回液总管上。控制器用于根据电解槽的运行数量，从至少一个变频循环泵中确定目标变频循环泵，并根据压力变送器采集的压力信息，控制目标变频循环泵的转速，使得碱液回液总管中的压力能够保持恒定，进而保证电解槽输入恒定压力的碱液，使得电解槽的碱液流量调节更稳定、更精确，还可以减少因负荷波动导致的碱液对泵的冲击。

根据本公开的一些实施例，控制器101还用于：

在压力信息指示碱液回液总管106的压力大于第一压力阈值的情况下，发出报警信息。

在压力信息指示碱液回液总管106的压力大于第二压力阈值的情况下，控制电解槽102和变频循环泵103停止运行，第二压力阈值大于第一压力阈值。

示例的，当电解槽102低负荷运行过程中，需求的碱液流量较小，相应的，保留在碱液回液总管106中的碱液会增多，从而导致碱液回液总管106的压力过高。如果压力信息指示碱液回液总管106的压力大于第一压力阈值，那么可以发出报警提示，以提示碱液回液总管106的压力过高，其中，第一压力阈值可以是变频循环泵103的最大额定运行压力。如果压力信息指示碱液回液总管106的压力大于第二压力阈值，表示当前的运行状态容易出现安全事故，那么可以控制电解槽102和变频循环泵103停止运行，其中，第二压力阈值大于第一压力阈值。

根据本公开的另一些实施例，控制器101还用于：

在目标变频循环泵103按照额定功率运行，且压力信息指示碱液回液总管106的压力大于预设压力的情况下，增加目标变频循环泵103的数量。

举例来说，如图2所示，121～125为1～5号碱液流量计，131～135为1～5号碱液流量调节阀，107为碱液冷却器。其中，电解槽102共有5个、变频循环泵103共有3个。相应的，变频循环泵103和碱液流量的控制策略如图3所示，当电解槽102的启动数量N≤3时，目标变频循环泵103可以是1个，即3个变频循环泵103中的1个变频循环泵103处于运行状态，另外2台处于停机状态。当电解槽102的启动数量4≤N≤5时，目标变频循环泵103可以是2个，即3个变频循环泵103中的2个变频循环泵103处于运行状态，另外1台处于停机状态，作为备用机，在其它变频循环泵103发生故障时可以启动备用泵。

如图4所示，120～125为1～6号碱液流量计，130～135为1～6号碱液流量调节阀，107为碱液冷却器。其中，电解槽102共有6个、变频循环泵103共有4个。相应的，变频循环泵103和碱液流量的控制策略如图5所示，当电解槽102的启动数量N≤2时，目标变频循环泵103可以是1个，即4个变频循环泵103中的1个变频循环泵103处于运行状态，另外3台处于停机状态。当电解槽102的启动数量2≤N≤4时，目标变频循环泵103可以是2个，即4个变频循环泵103中的2个变频循环泵103处于运行状态，另外2台处于停机状态。当电解槽102的启动数量5≤N≤6时，目标变频循环泵103可以是3个，即4个变频循环泵103中的3个变频循环泵103处于运行状态，另外1台处于停机状态，作为备用机。

根据本公开的另一些实施例，电解槽102有多个，该系统100还包括：多个碱液流量计和多个碱液流量调节阀，多个碱液流量计和多个碱液流量调节阀分别与控制器101连接。每个电解槽102可以通过碱液回液支管与碱液回液总管106连接，每个碱液回液支管的第一端与电解槽102的输入口连接，第二端与碱液回液总管106的第二端连接，每个碱液回液支管上设置有碱液流量计和碱液流量调节阀。

控制器101还用于：

获取每个碱液流量计检测的碱液流量。

在目标碱液流量计检测的碱液流量与预设碱液流量不相等的情况下，控制目标碱液流量计对应的碱液流量调节阀的开度，以将目标碱液流量计所在的碱液回液支管的碱液流量调整为预设碱液流量。

示例的，在电解槽102有多个的情况下，可以在每个电解槽102对应的碱液回液支管上均设置有碱液流量计和碱液流量调节阀，其中，每个碱液流量计可以实时检测对应的碱液回液支管的碱液流量，碱液流量调节阀可以是球阀或者气动薄膜调节阀。在电解槽102运行的过程中，由于电源的波动性，电解槽102会出现低负荷的工况，电解槽102低负荷运行时，由于产氢量的降低，会出现氧中氢纯度或氢中氧纯度降低的现象，针对低负荷运行中的电解槽102可以自动调节碱液流量，实现点对点调节，减小输出电解槽102的碱液流量，提高气体纯度。电解槽102在低负荷运行的过程中需要满足以下条件：1)电解槽102的负荷大于负荷连锁值；2)碱液流量大于碱液流量连锁值；3)电解槽102出口的温度小于槽温连锁值。

在一些实施例中，控制器101可以预先为每个电解槽102设置预设运行功率，并根据每个电解槽102的预设运行功率确定每个碱液回液支管对应的预设碱液流量。在电解水制氢的过程中，控制器101可以获取每个碱液流量计检测的碱液流量，如果目标碱液流量计检测的碱液流量与预设碱液流量不相等，那么可以根据目标碱液流量计检测的碱液流量和预设碱液流量进行PID控制，通过控制目标碱液流量计对应的碱液流量调节阀的开度，将目标碱液流量计所在的碱液回液支管的碱液流量调整为预设碱液流量。这样，能够使得每个电解槽102的碱液流量始终保持在设定的预设碱液流量，从而能够提高气体纯度，减少不合格气体的排放。

根据本公开的另一些实施例，该系统100还包括：多个气液分离组件和多个气体纯度检测组件，每个电解槽102对应一个氢气排出支管和一个氧气排出支管。每个氢气排出支管和每个氧气排出支管上均设置有气液分离组件和气体纯度检测组件。每个氢气排出支管的第一端与电解槽102的输出口连接，第二端与氢气排出总管连接。每个氧气排出支管的第一端与电解槽102的输出口连接，第二端与氧气排出总管连接。

控制器101还用于：

获取每个气体纯度检测组件检测的气体浓度。

在目标气体纯度检测仪检测的气体浓度不满足预设纯度条件的情况下，调整目标气体纯度检测仪对应的目标电解槽102对应的碱液流量调节阀的开度，以调节输入目标电解槽102的碱液流量，直至气体纯度满足预设纯度条件。

示例的，在设备开机的过程中，由于新能源发电制氢的波动比较大，在电解槽102负荷处于低负荷运行工况时，电解槽102的实际功率较低，会出现制备得到的气体纯度低的情况，此时需要针对每个电解槽102自动精细调节碱液流量，以提高气体的纯度。

在电解槽102有多个的情况下，每个电解槽102可以对应一个氢气排出支管和一个氧气排出支管，每个氢气排出支管和每个氧气排出支管上均设置有气液分离组件和气体纯度检测组件，以对每个电解槽102产生的气体纯度进行分析，进而根据纯度检测结果对每个电解槽102的碱液流量分别进行精确调节。其中，气体纯度检测组件用于检测电解槽102排出气体的纯度，气体纯度检测组件例如可以是气体分析仪。气液分离组件用于对每台电解槽102排出的气体经过气液分离以除去碱雾，以免排出气体携带的碱损坏气体纯度检测组件。

由于电解槽102内的碱液流量越低，氢气在氢气气液分离单元内分离越彻底、氧气在氧气气液分离单元内气液分离越彻底，氢气和氧气的纯度越高。如图6所示，控制器101在获取到每个气体纯度检测组件检测的气体浓度之后，如果确定目标气体纯度检测仪检测的气体浓度不满足预设纯度条件，可以调整目标气体纯度检测仪对应的目标电解槽102对应的碱液流量调节阀的开度，以降低输入目标电解槽102的碱液流量，从而提高电解槽102排出气体的纯度。在降低输入目标电解槽102的碱液流量的过程中，一旦检测到气体浓度满足预设纯度条件，即可停止该降低过程，只要保证该水电解制氢系统100能够输出纯度满足相应要求的氢气即可，以避免电解液流量过低。

根据本公开的另一些实施例，该系统100还包括：气液分离组件和气体纯度检测组件。每个电解槽102对应一个氢气排出支管和一个氧气排出支管。每个氢气排出支管的第一端与电解槽102的输出口连接，第二端与氢气排出总管连接。每个氧气排出支管的第一端与电解槽102的输出口连接，第二端与氧气排出总管连接。氢气排出总管和氧气排出总管上均设置有气液分离组件和气体纯度检测组件，每个氢气排出支管和每个氧气排出支管上设置切断阀，每个切断阀分别与控制器101连接。

控制器101还用于：

依次打开每个切断阀，以使气体纯度检测组件依次检测每个电解槽102输出气体的气体浓度。

在检测到气体浓度不满足预设纯度条件的情况下，调整目标电解槽102对应的碱液流量调节阀，以调节输入目标电解槽102的碱液流量，直至气体纯度满足预设纯度条件，目标电解槽102为输出气体的气体浓度不满足预设纯度条件的电解槽102。

示例的，气液分离组件和气体纯度检测组件可以设置在氢气排出总管和氧气排出总管上，并在每个氢气排出总管和每个氧气排出总管上设置切断阀，每个切断阀分别与控制器101连接。控制器101可以按照预设周期依次打开每个切断阀，当打开某个电解槽102对应的切断阀时，其它切断阀处于关闭状态，使得该电解槽102排出的氢气可以通过氢气排出支管排出流动至氢气排出总管，氧气可以通过氧气排出支管排出流动至氢气排出总管，此时，设置在氢气排出总管上的气体纯度检测组件可以检测该电解槽102排出氢气的纯度，设置在氧气排出总管上的气体纯度检测组件可以检测该电解槽102排出氧气的纯度。这样，通过依次打开每个切断阀，使得气体纯度检测组件可以依次检测每个电解槽102输出气体的气体浓度，无需在每个氢气排出支管和氧气排出支管上分别设置气液分离组件和气体纯度检测组件，能够降低生产成本。

其中，预设纯度条件包括以下至少一个：1)氧气中的氢气浓度大于第一预设浓度阈值；2)氢气中的氧气浓度大于第二预设浓度阈值。也就是说，在以下3种情况下，可以认为满足预设纯度条件：1)氧气中的氢气浓度大于第一预设浓度阈值，且氢气中的氧气浓度小于或等于第二预设浓度阈值；2)氧气中的氢气浓度小于或等于第一预设浓度阈值，且氢气中的氧气浓度大于第二预设浓度阈值；3)氧气中的氢气浓度小于或等于第一预设浓度阈值，且氢气中的氧气浓度小于或等于第二预设浓度阈值。其中，第一预设浓度阈值可以是1.5％，第二预设浓度阈值可以是0.5％。

根据本公开的另一些实施例，控制器101用于：

按照预设流量步长，周期性地调整目标电解槽102对应的碱液流量调节阀的开度，直至气体浓度满足预设纯度条件。

示例的，在降低输入目标电解槽102的碱液流量的过程中，对于碱液流量的降低和气体纯度的判断，可以是按照预设流量步长周期性执行的，每个周期控制碱液流量降低一个预设流量步长，然后判断气体纯度是否满足预设纯度条件，如果气体纯度满足预设纯度条件，那么可以停止降低碱液流量。如果气体纯度不满足预设纯度条件，那么可以继续按照预设流量步长来降低碱液流量，直至气体浓度满足预设纯度条件。其中，每个周期的长度可以视其具体应用环境而定，每个周期的预设流量步长可以相同，也可以不同，本公开对此不做具体限定。

综上所述，本公开中的氢气制备系统包括：控制器、至少一个电解槽、至少一个变频循环泵、气液分离装置和压力变送器。气液分离装置的输出端分别与每个变频循环泵的输入端连接，每个变频循环泵的输出端分别与碱液回液总管的第一端连接，碱液回液总管的第二端分别与每个电解槽的输入端连接，控制器分别与每个电解槽、每个变频循环泵和压力变送器连接。压力变送器设置在至少一个电解槽与至少一个变频循环泵之间的碱液回液总管上。控制器用于根据电解槽的运行数量，从至少一个变频循环泵中确定目标变频循环泵，并根据压力变送器采集的压力信息，控制目标变频循环泵的转速，使得碱液回液总管中的压力能够保持恒定，进而保证电解槽输入恒定压力的碱液，使得电解槽的碱液流量调节更稳定、更精确，还可以减少因负荷波动导致的碱液对泵的冲击。

图7是根据一示例性实施例示出的一种氢气的制备方法的流程图，氢气的制备系统包括：控制器、至少一个电解槽、至少一个变频循环泵、气液分离装置和压力变送器。气液分离装置的输出端分别与每个变频循环泵的输入端连通，每个变频循环泵的输出端分别与碱液回液总管的第一端连接，碱液回液总管的第二端分别与每个电解槽的输入端连接，控制器分别与每个电解槽、每个变频循环泵和压力变送器连接。压力变送器设置在至少一个电解槽与至少一个变频循环泵之间的碱液回液总管上。应用于氢气的制备系统，如图7所示，该方法包括：

步骤201，根据电解槽的运行数量，从至少一个变频循环泵中确定目标变频循环泵。

步骤202，根据压力变送器采集的压力信息，控制目标变频循环泵的转速，压力信息指示电解槽与气液分离装置之间的碱液回液总管的压力。

图8是根据一示例性实施例示出的另一种氢气的制备方法的流程图，如图8所示，该方法还包括：

步骤203，在压力信息指示碱液回液总管的压力大于第一压力阈值的情况下，发出报警信息。

步骤204，在压力信息指示碱液回液总管的压力大于第二压力阈值的情况下，控制电解槽和变频循环泵停止运行，第二压力阈值大于第一压力阈值。

图9是根据一示例性实施例示出的另一种氢气的制备方法的流程图，如图9所示，该方法还包括：

步骤205，在目标变频循环泵按照额定功率运行，且压力信息指示碱液回液总管的压力大于预设压力的情况下，增加目标变频循环泵的数量。

在一些实施例中，电解槽有多个，氢气的制备系统还包括：多个碱液流量计和多个碱液流量调节阀，多个碱液流量计和多个碱液流量调节阀分别与控制器连接。

每个电解槽通过碱液回液支管与碱液回液总管连接，每个碱液回液支管的第一端与电解槽的输入口连接，第二端与碱液回液总管的第二端连接，每个碱液回液支管上设置有碱液流量计和碱液流量调节阀。

图10是根据一示例性实施例示出的另一种氢气的制备方法的流程图，如图10所示，该方法还包括：

步骤206，获取每个碱液流量计检测的碱液流量。

步骤207，在目标碱液流量计检测的碱液流量与预设碱液流量不相等的情况下，控制目标碱液流量计对应的碱液流量调节阀的开度，以将目标碱液流量计所在的碱液回液支管的碱液流量调整为预设碱液流量。

在另一些实施例中，氢气的制备系统还包括：多个气液分离组件和多个气体纯度检测组件，每个电解槽对应一个氢气排出支管和一个氧气排出支管。每个氢气排出支管和每个氧气排出支管上均设置有气液分离组件和气体纯度检测组件。

每个氢气排出支管的第一端与电解槽的输出口连接，第二端与氢气排出总管连接。每个氧气排出支管的第一端与电解槽的输出口连接，第二端与氧气排出总管连接。

图11是根据一示例性实施例示出的另一种氢气的制备方法的流程图，如图11所示，该方法还包括：

步骤208，获取每个气体纯度检测组件检测的气体浓度。

步骤209，在目标气体纯度检测仪检测的气体浓度不满足预设纯度条件的情况下，调整目标气体纯度检测仪对应的目标电解槽对应的碱液流量调节阀的开度，以调节输入目标电解槽的碱液流量，直至气体纯度满足预设纯度条件。

在另一些实施例中，氢气的制备系统还包括：气液分离组件和气体纯度检测组件。每个电解槽对应一个氢气排出支管和一个氧气排出支管。

每个氢气排出支管的第一端与电解槽的输出口连接，第二端与氢气排出总管连接。每个氧气排出支管的第一端与电解槽的输出口连接，第二端与氧气排出总管连接。氢气排出总管和氧气排出总管上均设置有气液分离组件和气体纯度检测组件，每个氢气排出支管和每个氧气排出支管上设置切断阀，每个切断阀分别与控制器连接。

图12是根据一示例性实施例示出的另一种氢气的制备方法的流程图，如图12所示，该方法还包括：

步骤210，依次打开每个切断阀，以使气体纯度检测组件依次检测每个电解槽输出气体的气体浓度。

步骤211，在检测到气体浓度不满足预设纯度条件的情况下，调整目标电解槽对应的碱液流量调节阀，以调节输入目标电解槽的碱液流量，直至气体纯度满足预设纯度条件，目标电解槽为输出气体的气体浓度不满足预设纯度条件的电解槽。

在另一些实施例中，预设纯度条件包括以下至少一个：

氧气中的氢气浓度大于第一预设浓度阈值。

氢气中的氧气浓度大于第二预设浓度阈值。

在另一些实施例中，步骤209或步骤211的一种实现方式可以为：

按照预设流量步长，周期性地调整目标电解槽对应的碱液流量调节阀的开度，直至气体浓度满足预设纯度条件。

综上所述，本公开中的氢气制备系统包括：控制器、至少一个电解槽、至少一个变频循环泵、气液分离装置和压力变送器。气液分离装置的输出端分别与每个变频循环泵的输入端连接，每个变频循环泵的输出端分别与碱液回液总管的第一端连接，碱液回液总管的第二端分别与每个电解槽的输入端连接，控制器分别与每个电解槽、每个变频循环泵和压力变送器连接。压力变送器设置在至少一个电解槽与至少一个变频循环泵之间的碱液回液总管上。控制器用于根据电解槽的运行数量，从至少一个变频循环泵中确定目标变频循环泵，并根据压力变送器采集的压力信息，控制目标变频循环泵的转速，使得碱液回液总管中的压力能够保持恒定，进而保证电解槽输入恒定压力的碱液，使得电解槽的碱液流量调节更稳定、更精确，还可以减少因负荷波动导致的碱液对泵的冲击。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (18)

1.一种氢气的制备系统，其特征在于，所述系统包括：控制器、至少一个电解槽、至少一个变频循环泵、气液分离装置和压力变送器；所述气液分离装置的输出端分别与每个所述变频循环泵的输入端连通，每个所述变频循环泵的输出端分别与碱液回液总管的第一端连接，所述碱液回液总管的第二端分别与每个所述电解槽的输入端连接，所述控制器分别与每个所述电解槽、每个所述变频循环泵和所述压力变送器连接；所述压力变送器设置在所述至少一个电解槽与所述至少一个变频循环泵之间的碱液回液总管上；

所述控制器用于：

根据所述电解槽的运行数量，从所述至少一个变频循环泵中确定目标变频循环泵；

根据所述压力变送器采集的压力信息，控制所述目标变频循环泵的转速，所述压力信息指示所述碱液回液总管的压力。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于：

在所述压力信息指示所述碱液回液总管的压力大于第一压力阈值的情况下，发出报警信息；

在所述压力信息指示所述碱液回液总管的压力大于第二压力阈值的情况下，控制所述电解槽和所述变频循环泵停止运行，所述第二压力阈值大于所述第一压力阈值。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于：

在所述目标变频循环泵按照额定功率运行，且所述压力信息指示所述碱液回液总管的压力大于预设压力的情况下，增加所述目标变频循环泵的数量。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电解槽有多个，所述系统还包括：多个碱液流量计和多个碱液流量调节阀，多个所述碱液流量计和多个所述碱液流量调节阀分别与所述控制器连接；

每个所述电解槽通过碱液回液支管与所述碱液回液总管连接，每个所述碱液回液支管的第一端与所述电解槽的输入口连接，第二端与所述碱液回液总管的第二端连接，每个所述碱液回液支管上设置有所述碱液流量计和所述碱液流量调节阀。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于：

获取每个所述碱液流量计检测的碱液流量；

在目标碱液流量计检测的碱液流量与预设碱液流量不相等的情况下，控制所述目标碱液流量计对应的碱液流量调节阀的开度，以将所述目标碱液流量计所在的碱液回液支管的碱液流量调整为所述预设碱液流量。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：多个气液分离组件和多个气体纯度检测组件，每个所述电解槽对应一个氢气排出支管和一个氧气排出支管；每个所述氢气排出支管和每个所述氧气排出支管上均设置有所述气液分离组件和所述气体纯度检测组件；

每个所述氢气排出支管的第一端与所述电解槽的输出口连接，第二端与氢气排出总管连接；每个所述氧气排出支管的第一端与所述电解槽的输出口连接，第二端与氧气排出总管连接；

所述控制器还用于：

获取每个所述气体纯度检测组件检测的气体浓度；

在目标气体纯度检测仪检测的气体浓度不满足预设纯度条件的情况下，调整目标电解槽对应的碱液流量调节阀的开度，以调节输入所述目标电解槽的碱液流量，直至所述气体纯度满足所述预设纯度条件，所述目标电解槽为所述目标气体纯度检测仪对应的电解槽。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：气液分离组件和气体纯度检测组件；每个所述电解槽对应一个氢气排出支管和一个氧气排出支管；

每个所述氢气排出支管的第一端与所述电解槽的输出口连接，第二端与氢气排出总管连接；每个所述氧气排出支管的第一端与所述电解槽的输出口连接，第二端与氧气排出总管连接；

所述氢气排出总管和所述氧气排出总管上均设置有所述气液分离组件和气体纯度检测组件，每个所述氢气排出支管和每个所述氧气排出支管上设置切断阀，每个所述切断阀分别与所述控制器连接；

所述控制器还用于：

依次打开所述每个切断阀，以使气体纯度检测组件依次检测每个所述电解槽输出气体的气体浓度；

在检测到所述气体浓度不满足预设纯度条件的情况下，调整目标电解槽对应的碱液流量调节阀的开度，以调节输入所述目标电解槽的碱液流量，直至所述气体纯度满足所述预设纯度条件，所述目标电解槽为输出气体的气体浓度不满足预设纯度条件的电解槽。

8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述预设纯度条件包括以下至少一个：

氧气中的氢气浓度大于第一预设浓度阈值；

氢气中的氧气浓度大于第二预设浓度阈值。

9.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述控制器用于：

按照预设流量步长，周期性地调整所述目标电解槽对应的碱液流量调节阀的开度，直至所述气体浓度满足所述预设纯度条件。

10.一种氢气的制备方法，其特征在于，氢气的制备系统包括：控制器、至少一个电解槽、至少一个变频循环泵、气液分离装置和压力变送器；所述气液分离装置的输出端分别与每个所述变频循环泵的输入端连通，每个所述变频循环泵的输出端分别与碱液回液总管的第一端连接，所述碱液回液总管的第二端分别与每个所述电解槽的输入端连接，所述控制器分别与每个所述电解槽、每个所述变频循环泵和所述压力变送器连接；所述压力变送器设置在所述至少一个电解槽与所述至少一个变频循环泵之间的碱液回液总管上；应用于所述氢气的制备系统，所述方法包括：

根据所述电解槽的运行数量，从所述至少一个变频循环泵中确定目标变频循环泵；

根据所述压力变送器采集的压力信息，控制所述目标变频循环泵的转速，所述压力信息指示所述电解槽与所述气液分离装置之间的碱液回液总管的压力。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述压力信息指示所述碱液回液总管的压力大于第一压力阈值的情况下，发出报警信息；

在所述压力信息指示所述碱液回液总管的压力大于第二压力阈值的情况下，控制所述电解槽和所述变频循环泵停止运行，所述第二压力阈值大于所述第一压力阈值。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述目标变频循环泵按照额定功率运行，且所述压力信息指示所述碱液回液总管的压力大于预设压力的情况下，增加所述目标变频循环泵的数量。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述电解槽有多个，所述系统还包括：多个碱液流量计和多个碱液流量调节阀，多个所述碱液流量计和多个所述碱液流量调节阀分别与所述控制器连接；

每个所述电解槽通过碱液回液支管与所述碱液回液总管连接，每个所述碱液回液支管的第一端与所述电解槽的输入口连接，第二端与所述碱液回液总管的第二端连接，每个所述碱液回液支管上设置有所述碱液流量计和所述碱液流量调节阀。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取每个所述碱液流量计检测的碱液流量；

在目标碱液流量计检测的碱液流量与预设碱液流量不相等的情况下，控制所述目标碱液流量计对应的碱液流量调节阀的开度，以将所述目标碱液流量计所在的碱液回液支管的碱液流量调整为所述预设碱液流量。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述系统还包括：多个气液分离组件和多个气体纯度检测组件，每个所述电解槽对应一个氢气排出支管和一个氧气排出支管；每个所述氢气排出支管和每个所述氧气排出支管上均设置有所述气液分离组件和所述气体纯度检测组件；

每个所述氢气排出支管的第一端与所述电解槽的输出口连接，第二端与氢气排出总管连接；每个所述氧气排出支管的第一端与所述电解槽的输出口连接，第二端与氧气排出总管连接；

所述方法还包括：

获取每个所述气体纯度检测组件检测的气体浓度；

在目标气体纯度检测仪检测的气体浓度不满足预设纯度条件的情况下，调整目标电解槽对应的碱液流量调节阀的开度，以调节输入所述目标电解槽的碱液流量，直至所述气体纯度满足所述预设纯度条件，所述目标电解槽为所述目标气体纯度检测仪对应的电解槽。

16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述系统还包括：气液分离组件和气体纯度检测组件；每个所述电解槽对应一个氢气排出支管和一个氧气排出支管；

每个所述氢气排出支管的第一端与所述电解槽的输出口连接，第二端与氢气排出总管连接；每个所述氧气排出支管的第一端与所述电解槽的输出口连接，第二端与氧气排出总管连接；

所述氢气排出总管和所述氧气排出总管上均设置有所述气液分离组件和气体纯度检测组件，每个所述氢气排出支管和每个所述氧气排出支管上设置切断阀，每个所述切断阀分别与所述控制器连接；

所述方法还包括：

依次打开所述每个切断阀，以使气体纯度检测组件依次检测每个所述电解槽输出气体的气体浓度；

在检测到所述气体浓度不满足预设纯度条件的情况下，调整目标电解槽对应的碱液流量调节阀的开度，以调节输入所述目标电解槽的碱液流量，直至所述气体纯度满足所述预设纯度条件，所述目标电解槽为输出气体的气体浓度不满足预设纯度条件的电解槽。

17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述预设纯度条件包括以下至少一个：

氧气中的氢气浓度大于第一预设浓度阈值；

氢气中的氧气浓度大于第二预设浓度阈值。

18.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述调整目标电解槽对应的碱液流量调节阀的开度包括：

按照预设流量步长，周期性地调整所述目标电解槽对应的碱液流量调节阀的开度，直至所述气体浓度满足所述预设纯度条件。