CN117070963A - 一种水电解制氢系统中控制气体纯度的装置及系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种水电解制氢系统中控制气体纯度的装置及系统和方法，该装置包括：控制器组件；气体纯度检测组件，其能够检测所述水电解制氢系统制备的氧气中的含氢量和氢气中的含氧量；流量检测组件，其能够分别检测电解槽的氧侧流道入口的电解液流量和氢侧流道入口的电解液流量；和，流量控制组件，其能够分别控制电解槽的氧侧流道入口的电解液流量和氢侧流道入口的电解液流量。本申请提供的上述装置，能够解决氢气或氧气通过隔膜渗透导致氧气中的含氢量超标或氢气中的含氧量超标的问题，通过分别调节电解液进入电解槽阴极室和阳极室的流量，来调控阴极室和阳极室的压差，进而减缓氢气/氧气的渗透速率，实现控制所制备气体纯度的目的。

Description

一种水电解制氢系统中控制气体纯度的装置及系统和方法

技术领域

本申请涉及电解制氢技术领域，尤其涉及一种水电解制氢系统中控制气体纯度的装置及系统和方法。

背景技术

传统的碱性水电解制氢系统，采用网电作为电解槽的直流输入电源。由于输入电源稳定，所以该制氢系统的压力稳定、电解液流量稳定，得到的气体纯度也较稳定。但是，对于新兴的新能源碱性水电解制氢系统，比如风能、太阳能耦合制氢系统，风能、太阳能等可再生能源具有随机性、波动性及不确定性等特点，当负荷较低时，会使得氧气的产生速率低于氢气的交叉(crossover)速率导致氧气中的含氢量增加，因此，氧气中的含氢量是电解槽工作负荷范围的主要限制因素。除此之外，因氢气具有较高的穿透性也会出现氢气通过隔膜渗透到氧侧，出现氧中氢的现象。而氧气中的含氢量超过4％时会有爆炸的风险。

现有技术公开了通过获取阴极侧和阳极侧的压力和压差计算所述电解槽中氧中含氢量的变化趋势；基于所述变化趋势，通过设置在电解槽氢侧出口和氧侧出口的压力调节阀调节所述阴极侧和/或所述阳极侧的压力，进而降低氧中含氢量。但是，该技术方案中的“变化趋势”需要建立包含多参数的“预测模型”，导致控制过于复杂且适用范围较低，而且调节气体压力的方式会导致气液分离单元的压力和液位不稳定，对制氢系统的安全运行以及效率能耗均有不利影响，而且，该方案是基于氢\氧侧出口“憋压”方式，对电解槽运行安全及效率能耗都有不利影响。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本申请提供了一种水电解制氢系统中控制气体纯度的装置、包括该装置的一种水电解制氢系统、以及一种水电解制氢过程中控制气体纯度的方法。本申请技术方案如下：

1、一种水电解制氢系统中控制气体纯度的装置，包括：

控制器组件；

气体纯度检测组件，所述气体纯度检测组件与所述控制器组件电连接，且能够检测所述水电解制氢系统制备的氧气中的含氢量和氢气中的含氧量；

流量检测组件，所述流量检测组件与所述控制器组件电连接，且能够分别检测电解槽的氧侧流道入口的电解液流量和氢侧流道入口的电解液流量；和，

流量控制组件，所述流量控制组件与所述控制器组件电连接，且能够分别控制电解槽的氧侧流道入口的电解液流量和氢侧流道入口的电解液流量。

2、如项1所述的装置，其中，

所述流量检测组件包括：

流量检测部件，所述流量检测部件分别设置在所述电解槽的氧侧流道入口一侧的管路上和氢侧流道入口一侧的管路上；

其中，所述流量检测部件能够检测相应管路内的流体流量。

3、如项2所述的装置，其中，所述流量检测部件为流量计。

4、如项1所述的装置，其中，

所述流量控制组件包括：

第一泵，所述第一泵分别设置在所述电解槽的氧侧流道入口一侧的管路上和氢侧流道入口一侧的管路上；

所述第一泵与所述控制器组件电连接，且所述第一泵能够驱动相应管路内流体流动并调节流体流量。

5、如项4所述的装置，其中，所述第一泵为变频泵。

6、如项1所述的装置，其中，

所述流量控制组件包括：

第一阀，所述第一阀分别设置在所述电解槽的氧侧流道入口一侧的管路上和氢侧流道入口一侧的管路上，所述第一阀与所述控制器组件电连接，且所述第一阀能够控制相应管路内流体流量；和，

第二泵，所述第二泵能够将电解液输入所述电解槽的氧侧流道入口和/或氢侧流道入口。

7、如项6所述的装置，其中，所述第一阀为流量阀。

8、如项1所述的装置，其中，

所述气体纯度检测组件包括：

第一气体纯度检测部件，所述第一气体纯度检测部件与所述控制器组件电连接，且能够检测所述水电解制氢系统制备的氧气中的含氢量；和，

第二气体纯度检测部件，所述第二气体纯度检测部件与所述控制器组件电连接，且能够检测所述水电解制氢系统制备的氢气中的含氧量。

9、一种水电解制氢系统，包括：项1～8中任一项所述的装置。

10、一种水电解制氢过程中控制气体纯度的方法，包括：

获取制氢系统制备的氧气中的含氢量和氢气的中含氧量；

当氧气中的含氢量大于第一含量值时，调高电解槽的氧侧流道入口的电解液流量和/或调低电解槽的氢侧流道入口的电解液流量，直至氧气中的含氢量小于等于第一目标值；

当氢气中的含氧量大于第二含量值时，调高电解槽的氢侧流道入口的电解液流量和/或调低电解槽的氧侧流道入口的电解液流量，直至氢气中的含氧量小于等于第二目标值。

11、如项10所述的方法，其中，

所述当氧气中的含氢量大于第一含量值时，调高电解槽的氧侧流道入口的电解液流量和/或调低电解槽的氢侧流道入口的电解液流量，直至氧气中的含氢量小于等于第一目标值为：

当氧气中的含氢量大于第一含量值时，间隔第一时间值周期性地调高电解槽的氧侧流道入口的电解液流量以增加第一流量值和/或调低电解槽的氢侧流道入口的电解液流量以减少第二流量值，直至氧气中的含氢量小于等于第一目标值；和/或，

所述当氢气中的含氧量大于第二含量值时，调高电解槽的氢侧流道入口的电解液流量和/或调低电解槽的氧侧流道入口的电解液流量，直至氢气中的含氧量小于等于第二目标值为：

当氢气中的含氧量大于第二含量值时，间隔第二时间值周期性地调高电解槽的氢侧流道入口的电解液流量增加以第三流量值和/或调低电解槽的氧侧流道入口的电解液流量以减少第四流量值，直至氢气中的含氧量小于等于第二目标值。

12、如项11所述的方法，其中，

所述第一含量值为体积分数0.5％～1.5％；和/或，

所述第一时间值为0.5～10小时，优选为2～8小时；和/或，

所述第一流量值为该次调整前氧侧流道入口的电解液流量的0.5％～1％；和/或，

所述第二流量值为该次调整前氢侧流道入口的电解液流量的0.5％～1％；和/或，

所述第一目标值为体积分数0.5％～1.5％；和/或，

所述第二含量值为体积分数0.5％～1.5％；和/或，

所述第二时间值为0.5～10小时，优选为2～8小时；和/或，

所述第三流量值为该次调整前氢侧流道入口的电解液流量的0.5％～1％；和/或，

所述第四流量值为该次调整前氧侧流道入口的电解液流量的0.5％～1％；和/或，

所述第二目标值为体积分数0.5％～1.5％。

通过本申请提供的上述一种水电解制氢系统中控制气体纯度的装置、包括该装置的一种水电解制氢系统、以及一种水电解制氢过程中控制气体纯度的方法，能够解决氢气通过隔膜向氧侧渗透导致氧气中的含氢量超标以及氧气通过隔膜向氢侧渗透导致氢气中的含氧量超标的问题，通过分别调节电解液进入电解槽阴极室和阳极室的流量，来调控阴极室和阳极室的压差，进而减缓氢气/氧气的渗透速率，实现对流量的精准控制，从而准确控制阴极室和阳极室的压力差，对所制得气体纯度的准确控制，减少氢气中含氧量和氧气中含氢量，以实现控制所制备气体纯度的目的。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够使得本申请的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本申请的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

图1：在一个实施例中电解槽具有一个氧侧流道入口和一个氢侧流道入口的水电解制氢系统的结构示意图；

图2：在一个实施例中电解槽具有两个氧侧流道入口和两个氢侧流道入口的水电解制氢系统的结构示意图；

图3：在另一个实施例中电解槽具有一个氧侧流道入口和一个氢侧流道入口的水电解制氢系统的结构示意图；

图4：在另一个实施例中电解槽具有两个氧侧流道入口和两个氢侧流道入口的水电解制氢系统的结构示意图；

图5：在一个实施例中控制气体纯度的方法；

图6：在另一个实施例中控制气体纯度的方法。

附图标记说明：

110、控制器组件；121、流量检测部件；131、第一泵；132、第一阀；133、第二泵；141、第一气体纯度检测部件；142、第二气体纯度检测部件；

210、电解槽；211、氧侧流道入口；212、氢侧流道入口；213、氧侧流道出口；214、氢侧流道出口；220、氧侧气液分离器；230、氢侧气液分离器；240、电解液冷却器；250、氧侧气体出口；260、氢侧气体出口；270、第二阀；280、第三阀；

------表示控制电路。

具体实施方式

本申请的以下实施方式仅用来说明实现本申请的具体实施方式，这些实施方式不能理解为是对本申请的限制。其他的任何在未背离本申请的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均视为等效的置换方式，落在本申请的保护范围之内。

本领域技术人员应理解的是，在本申请的揭露中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”等仅用于区分不同的结构，而不对具体结构的数量、连接关系等进行限定；另外“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本申请和简化描述，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，因此上述术语不能理解为对本申请的限制。

在一个实施例中，如图1～图4所示，提供了一种水电解制氢系统中控制气体纯度的装置，包括：

控制器组件110；

气体纯度检测组件，所述气体纯度检测组件与所述控制器组件110电连接，且能够检测所述水电解制氢系统制备的氧气中的含氢量和氢气中的含氧量；

流量检测组件，所述流量检测组件与所述控制器组件110电连接，且能够分别检测电解槽210的氧侧流道入口211的电解液流量和氢侧流道入口212的电解液流量；和，

流量控制组件，所述流量控制组件与所述控制器组件110电连接，且能够分别控制所述电解槽210的氧侧流道入口211的电解液流量和氢侧流道入口212的电解液流量。

在图1～图4中，给出了一种水电解制氢系统，其示例性地展示出了一种制氢装置，以及设置在该制氢装置上的本申请的一种控制气体纯度的装置。该制氢装置包括电解槽210、氧侧气液分离器220、氢侧气液分离器230、电解液冷却器240、氧侧气体出口250、氢侧气体出口260、第二阀270、第三阀280。其中，一般地，电解槽210会设置有电解液流入的氧侧流道入口211、氢侧流道入口212以及气体(氢气/氧气)与电解液的混合流体流出的氧侧流道出口213、氢侧流道出口214，根据需要，氧侧流道入口211、氢侧流道入口212、氧侧流道出口213、氢侧流道出口214可以各自独立地设置一个以上(如1个、2个、3个、4个或5个以上)；另外，一般还会在氧侧气体出口250的管路、氢侧气体出口260的管路上设置两个并联的控制阀(如第二阀270、第三阀280)，以方便对氧侧气液分离器220、氢侧气液分离器230中的压力、液位等进行控制。该制氢装置只是为了清楚说明本申请的一种水电解制氢系统中控制气体纯度的装置，而示例性地、简化后的制氢装置，其具体还能够包括用于电解的电源、气液分离单元中除气液分离器之外的其他结构等现有制氢装置中的结构。通过在制氢装置中设置了本申请的控制气体纯度的装置，以方便对本申请控制气体纯度的装置的技术方案进行说明。

关于控制器组件的种类，本申请没有具体限制，只要其能够接收上述气体纯度检测组件、流量检测组件等的信号并对流量控制组件实现上述相应控制即可。如，控制器组件可以使用现有的单片机、PLC控制器等，也可以使用水电解制氢系统中对制氢装置进行控制的已有控制装置中的控制器等。

目前碱性水电解制氢领域中一般采用压滤式双极性电解槽。这种电解槽包括若干个堆叠设置的极框和设置在极框内的双极板，极框和双极板形成极框组件，极框组件使得电解槽内形成的多个用于容纳电解液并进行电解反应的电解室，每两个极框之间用隔膜分隔，将电解室分为阴极小室和阳极小室，阴极小室发生氢离子的还原反应生成氢气，阳极小室发生氢氧根离子的氧化反应生成氧气，隔膜一般具有较高的气密性，但是隔膜一定程度的渗透性会导致氢气的交叉现象。由于位于隔膜两侧阴极小室和阳极小室的压差会形成气体透过隔膜的渗透阻力(当一侧的压力越大，另一侧的气体渗透过来的量就越小)，因此，能够通过控制电解槽内阴极小室与阳极小室内的压差，来控制水电解制氢系统制备的氧气中的含氢量和氢气中的含氧量，即控制所制备气体的纯度。

本方案为了解决氢气通过隔膜向氧侧渗透导致氧气中的含氢量超标以及氧气通过隔膜向氢侧渗透导致氢气中的含氧量超标的问题，通过分别调节电解液进入电解槽阴极室和阳极室的流量，来调控阴极室和阳极室的压差，进而减缓氢气/氧气的渗透速率，实现控制所制备气体纯度的目的。

具体地，上述气体纯度检测组件获取得到水电解制氢系统制备的氧气中的含氢量和氢气中的含氧量后，将信息传递给控制器组件110，从而控制器组件110能够通过流量控制组件分别控制所述电解槽的氧侧流道入口的电解液流量和氢侧流道入口的电解液流量，并通过流量检测组件分别检测氧侧流道入口和氢侧流道入口电解液流量的变化，以实现对流量的精准控制，从而准确控制阴极室和阳极室的压力差，以实现对所制得气体纯度的准确控制，减少氢气中含氧量和氧气中含氢量。

在一个实施例中，如图1～图4所示，所述流量检测组件包括：

流量检测部件121，所述流量检测部件121分别设置在所述电解槽210的氧侧流道入口211一侧的管路上和氢侧流道入口212一侧的管路上；其中，所述流量检测部件121能够检测相应管路内的流体流量。

本申请给出了具体的流量检测组件的结构，通过分别在氧侧流道入口211一侧的管路上和氢侧流道入口212一侧的管路上设置流量检测部件121，从而能够实现准确获取当前氧侧流道入口211、氢侧流道入口212流入的电解液的流量及其变化值。

当电解槽210仅有一个氧侧流道入口211或一个氢侧流道入口212时，如图1、图3所示，流量检测部件121可以直接设置在入口侧的管路上即可。

当电解槽210具有两个以上的氧侧流道入口211或氢侧流道入口212时，如图2、图4所示，在电解槽的两端分别设置一个以上的氧侧流道入口211，或者在电解槽的两端分别设置一个以上的氢侧流道入口212，流量检测部件121可以设置在两个以上的氧侧流道入口211的总入口上或两个以上的氢侧流道入口212的总入口上，从而流量检测部件121获取的流量是流入两个以上的氧侧流道入口211或氢侧流道入口212的电解液的总流量。当然，也可以为每个氧侧流道入口211或氢侧流道入口212分别设置流量检测部件121，从而将相应流量检测部件121检测值求和，即能够得到流入两个以上的氧侧流道入口211或氢侧流道入口212的电解液的总流量。

关于流量检测部件121，本申请没有具体限制，只要能够检测相应管路内的流体流量即可。如，本实施例中所使用的流量检测部件121为流量计，例如为面积流量计、容积流量计、科里奥利流量计和电磁流量计中的一种。

在一个实施例中，如图1、图2所示，所述流量控制组件包括：

第一泵131，所述第一泵131分别设置在所述电解槽的氧侧流道入口211一侧的管路上和氢侧流道入口212一侧的管路上；所述第一泵131与所述控制器组件110电连接，且所述第一泵131能够驱动相应管路内流体流动并调节流体流量。

本实施例给出了一种流量控制组件的结构，通过在氧侧流道入口211一侧的管路上设置第一泵131，从而能够通过该第一泵131驱动电解液向氧侧流道入口211流动，同时实现对电解液流量的控制；通过在氢侧流道入口212一侧的管路上设置第一泵131，从而能够通过该第一泵131驱动电解液向氢侧流道入口212流动，同时实现对电解液流量的控制。通过第一泵131与上述流量检测组件的配合，通过流量检测组件所获取的流量信息能够更准确地实现第一泵131对电解液流量的控制。

当电解槽210仅有一个氧侧流道入口211或一个氢侧流道入口212时，如图1所示，第一泵131可以直接设置在入口侧的管路上即可。

当电解槽210具有两个以上的氧侧流道入口211或氢侧流道入口212时，如图2所示，第一泵131可以设置在两个以上的氧侧流道入口211的总入口上或两个以上的氢侧流道入口212的总入口上，从而第一泵131能够驱动电解液流入两个以上的氧侧流道入口211或氢侧流道入口212，并实现对电解液流量的控制。当然，也可以为每个氧侧流道入口211或氢侧流道入口212分别设置第一泵131，两个以上的第一泵131的总输出流量即为流入两个以上的氧侧流道入口211或氢侧流道入口212的电解液的总流量。

关于第一泵131，本申请没有具体限制，只要其能够驱动管路内流体流动并调节流体流量即可。本实施例中的第一泵131为变频泵。

在一个实施例中，如图3、4所示，所述流量控制组件包括：

第一阀132，所述第一阀132分别设置在所述电解槽的氧侧流道入口一侧的管路上和氢侧流道入口一侧的管路上，所述第一阀132与所述控制器组件110电连接，且所述第一阀132能够控制相应管路内流体流量；和，

第二泵133，所述第二泵133能够将电解液输入所述电解槽的氧侧流道入口和/或氢侧流道入口。

本实施例给出了另一种流量控制组件的结构，即，通过第二泵133驱动电解液流动和第一阀132控制电解液流量的方式，实现上述第一泵131的驱动电解液流动、控制电解液流量的功能。

关于第一阀132，本申请没有具体限制，只要其能够控制管路内流体流量即可。本实施例中的第一阀132为流量阀，具体能够为球阀、蝶阀、球心阀、针阀、薄膜阀，优选地，这些阀为电动控制阀。

在一个实施例中，如图1～图4所示，所述气体纯度检测组件包括：

第一气体纯度检测部件141，所述第一气体纯度检测部件141与所述控制器组件110电连接，且能够检测所述水电解制氢系统制备的氧气中的含氢量；和，

第二气体纯度检测部件142，所述第二气体纯度检测部件142与所述控制器组件110电连接，且能够检测所述水电解制氢系统制备的氢气中的含氧量。

本实施例给出了具体的气体纯度检测组件的结构，即分别通过第一气体纯度检测部件141、第二气体纯度检测部件142来检测所述水电解制氢系统制备的氧气中的含氢量和氢气中的含氧量。

关于第一气体纯度检测部件141、第二气体纯度检测部件142，本申请没有具体限制，只要其能够分别检测水电解制氢系统制备的氧气中的含氢量和氢气中的含氧量即可。本实施例中，第一气体纯度检测部件141为含有电化学传感单元或热导传感单元并用于检测氧气中微量氢含量的气体分析仪，第二气体纯度检测部件142为含有电化学传感单元或热导传感单元并用于检测氢气中微量氧含量的气体分析仪。

在一个实施例中，如图5～图6所示，给出了一种水电解制氢过程中控制气体纯度的方法，包括：

获取制氢系统制备的氧气中的含氢量和氢气的中含氧量；

当氧气中的含氢量大于第一含量值时，调高电解槽的氧侧流道入口的电解液流量和/或调低电解槽的氢侧流道入口的电解液流量，直至氧气中的含氢量小于等于第一目标值；

当氢气中的含氧量大于第二含量值时，调高电解槽的氢侧流道入口的电解液流量和/或调低电解槽的氧侧流道入口的电解液流量，直至氢气中的含氧量小于等于第二目标值。

本实施例给出一种水电解制氢过程中控制气体纯度的方法，能够通过上述水电解制氢系统中控制气体纯度的装置实现对制氢系统制备的气体纯度的控制(即对氧气中的含氢量和氢气的中含氧量的控制)。

关于上述“获取制氢系统制备的氧气中的含氢量和氢气的中含氧量”，可以通过上述“气体纯度检测组件”实现，关于调高或调低电解液流量，可以通过上述“控制器组件”、“流量控制组件”与“流量检测组件”配合实现。

关于上述第一含量值、第一目标值、第二含量值、第二目标值，均能够为预设值。本实施例中，优选地，第一含量值为体积分数0.5％～1.5％；第一目标值为体积分数0.5％～1.5％；第二含量值为体积分数0.5％～1.5％；第二目标值为体积分数0.5％～1.5％，技术人员可以根据需要在上述范围内具体设置合适的数值。

上述方法中，能够根据获取的氧气中的含氢量和氢气的中含氧量，调节氧侧流道入口的电解液流量、电解槽的氢侧流道入口的电解液流量，从而调控阴极室和阳极室的压差，实现控制所制备气体纯度的目的。

在一个实施例中，如图5～图6所示，所述当氧气中的含氢量大于第一含量值时，调高电解槽的氧侧流道入口的电解液流量和/或调低电解槽的氢侧流道入口的电解液流量，直至氧气中的含氢量小于等于第一目标值为：

当氧气中的含氢量大于第一含量值时，间隔第一时间值周期性地调高电解槽的氧侧流道入口的电解液流量以增加第一流量值和/或调低电解槽的氢侧流道入口的电解液流量以减少第二流量值，直至氧气中的含氢量小于等于第一目标值；和/或，

所述当氢气中的含氧量大于第二含量值时，调高电解槽的氢侧流道入口的电解液流量和/或调低电解槽的氧侧流道入口的电解液流量，直至氢气中的含氧量小于等于第二目标值为：

当氢气中的含氧量大于第二含量值时，间隔第二时间值周期性地调高电解槽的氢侧流道入口的电解液流量增加以第三流量值和/或调低电解槽的氧侧流道入口的电解液流量以减少第四流量值，直至氢气中的含氧量小于等于第二目标值。

与上述第一含量值、第一目标值、第二含量值、第二目标值类似，第一时间值、第一流量值、第二流量值、第二时间值、第三流量值、第四流量值也能够为预设值。另外，第一流量值、第二流量值、第三流量值、第四流量值能够为与该次调整前相比增加或降低流量的数值或比例。本实施例中，所述第一含量值为体积分数0.5％～1.5％；所述第一时间值为0.5～10小时，优选为2～8小时；所述第一流量值为该次调整前氧侧流道入口的电解液流量的0.5％～1％；所述第二流量值为该次调整前氢侧流道入口的电解液流量的0.5％～1％；所述第一目标值为体积分数0.5％～1.5％；所述第二含量值为体积分数0.5％～1.5％；所述第二时间值为0.5～10小时，优选为2～8小时；所述第三流量值为该次调整前氢侧流道入口的电解液流量的0.5％～1％；所述第四流量值为该次调整前氧侧流道入口的电解液流量的0.5％～1％；所述第二目标值为体积分数0.5％～1.5％，技术人员可以根据需要在上述范围内具体设置合适的数值。

在上一实施例的基础上，本实施例进一步给出了更为优选的控制气体纯度的方法。其中，对于流量的调控，由于流入氧侧流道入口211、氢侧流道入口212电解液流量的变化并不是能够及时地反应在氧气中的含氢量/氢气中的含氧量上，而是氧气中的含氢量/氢气中的含氧量的变化具有一定的滞后性。因此，本实施例中，当氧气中的含氢量大于第一含量值时/当氢气中的含氧量大于第二含量值时，采用周期性地对流入氧侧流道入口211、氢侧流道入口212电解液流量进行控制，即调控一定流量后(第一流量值/第二流量值/第三流量值/第四流量值)后，等待一定的时间(第一时间值/第二时间值)，观察氧气中的含氢量或氢气中的含氧量的情况，如果不满足要求(氧气中的含氢量小于等于第一目标值或氢气中的含氧量小于等于第二目标值)，则会继续进行相应控制，直至氧气中的含氢量或氢气中的含氧量满足要求(氧气中的含氢量小于等于第一目标值或氢气中的含氧量小于等于第二目标值)后，停止调控，并在该条件下稳定生产。从而，能够更为稳妥、准确、安全地实现对气体纯度的控制，防止调控过度导致停产或发生安全事故。

关于对氧气中的含氢量或氢气中的含氧量进行调控，可以仅调控氢侧流道入口的电解液流量或氧侧流道入口的电解液流量进行调控，也可以对二者同时进行调控。后者相对于前者，其每次各自调控的幅度一般较小。

如图5所示，给出了仅调控氢侧流道入口的电解液流量或氧侧流道入口的电解液流量方案：获取制氢系统制备的氢气中含氧量和氧气中含氢量，当氧气中的含氢量大于第一含量值时，间隔第一时间值周期性地调高电解槽的氧侧流道入口的电解液流量以增加第一流量值，直至氧气中的含氢量小于等于第一目标值，然后锁定电解槽的的氧侧流道入口的电解液流量运行；当氢气中的含氧量大于第二含量值时，间隔第二时间值周期性地调高电解槽的氢侧流道入口的电解液流量以增加第三流量值，直至氢气中的含氧量小于等于第二目标值，然后锁定电解槽的氢侧流道入口的电解液流量运行。

如图6所示，给出了同时调控氢侧流道入口的电解液流量和氧侧流道入口的电解液流量方案：获取制氢系统制备的氢气中含氧量和氧气中含氢量，当氧气中的含氢量大于第一含量值时，间隔第一时间值周期性地调高电解槽的氧侧流道入口的电解液流量以增加第一流量值，并且调低电解槽的氢侧流道入口的电解液流量以减少第二流量值，直至氧气中的含氢量小于等于第一目标值(，然后锁定电解槽的氢侧流道入口和氧侧流道入口的电解液流量运行；当氢气中的含氧量大于第二含量值时，间隔第二时间值周期性地调高电解槽的氢侧流道入口的电解液流量以增加第三流量值，并且调低电解槽的氧侧流道入口的电解液流量以减少第四流量值，直至氢气中的含氧量小于等于第二目标值，然后锁定电解槽的氢侧流道入口和氧侧流道入口的电解液流量运行。

尽管以上对本申请的实施方案进行了描述，但本申请并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本申请权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本申请要求保护之列。

Claims (12)

1.一种水电解制氢系统中控制气体纯度的装置，包括：

控制器组件；

气体纯度检测组件，所述气体纯度检测组件与所述控制器组件电连接，且能够检测所述水电解制氢系统制备的氧气中的含氢量和氢气中的含氧量；

流量检测组件，所述流量检测组件与所述控制器组件电连接，且能够分别检测电解槽的氧侧流道入口的电解液流量和氢侧流道入口的电解液流量；和，

流量控制组件，所述流量控制组件与所述控制器组件电连接，且能够分别控制电解槽的氧侧流道入口的电解液流量和氢侧流道入口的电解液流量。

2.如权利要求1所述的装置，其中，

所述流量检测组件包括：

流量检测部件，所述流量检测部件分别设置在所述电解槽的氧侧流道入口一侧的管路上和氢侧流道入口一侧的管路上；

其中，所述流量检测部件能够检测相应管路内的流体流量。

3.如权利要求2所述的装置，其中，

所述流量检测部件为流量计。

4.如权利要求1所述的装置，其中，

所述流量控制组件包括：

第一泵，所述第一泵分别设置在所述电解槽的氧侧流道入口一侧的管路上和氢侧流道入口一侧的管路上；

所述第一泵与所述控制器组件电连接，且所述第一泵能够驱动相应管路内流体流动并调节流体流量。

5.如权利要求4所述的装置，其中，

所述第一泵为变频泵。

6.如权利要求1所述的装置，其中，

所述流量控制组件包括：

第一阀，所述第一阀分别设置在所述电解槽的氧侧流道入口一侧的管路上和氢侧流道入口一侧的管路上，所述第一阀与所述控制器组件电连接，且所述第一阀能够控制相应管路内流体流量；和，

第二泵，所述第二泵能够将电解液输入所述电解槽的氧侧流道入口和/或氢侧流道入口。

7.如权利要求6所述的装置，其中，

所述第一阀为流量阀。

8.如权利要求1所述的装置，其中，

所述气体纯度检测组件包括：

第一气体纯度检测部件，所述第一气体纯度检测部件与所述控制器组件电连接，且能够检测所述水电解制氢系统制备的氧气中的含氢量；和，

第二气体纯度检测部件，所述第二气体纯度检测部件与所述控制器组件电连接，且能够检测所述水电解制氢系统制备的氢气中的含氧量。

9.一种水电解制氢系统，包括：

权利要求1～8中任一项所述的装置。

10.一种水电解制氢过程中控制气体纯度的方法，包括：

获取制氢系统制备的氧气中的含氢量和氢气的中含氧量；

当氧气中的含氢量大于第一含量值时，调高电解槽的氧侧流道入口的电解液流量和/或调低电解槽的氢侧流道入口的电解液流量，直至氧气中的含氢量小于等于第一目标值；

当氢气中的含氧量大于第二含量值时，调高电解槽的氢侧流道入口的电解液流量和/或调低电解槽的氧侧流道入口的电解液流量，直至氢气中的含氧量小于等于第二目标值。

11.如权利要求10所述的方法，其中，

所述当氧气中的含氢量大于第一含量值时，调高电解槽的氧侧流道入口的电解液流量和/或调低电解槽的氢侧流道入口的电解液流量，直至氧气中的含氢量小于等于第一目标值为：

当氧气中的含氢量大于第一含量值时，间隔第一时间值周期性地调高电解槽的氧侧流道入口的电解液流量以增加第一流量值和/或调低电解槽的氢侧流道入口的电解液流量以减少第二流量值，直至氧气中的含氢量小于等于第一目标值；和/或，

所述当氢气中的含氧量大于第二含量值时，调高电解槽的氢侧流道入口的电解液流量和/或调低电解槽的氧侧流道入口的电解液流量，直至氢气中的含氧量小于等于第二目标值为：

当氢气中的含氧量大于第二含量值时，间隔第二时间值周期性地调高电解槽的氢侧流道入口的电解液流量增加以第三流量值和/或调低电解槽的氧侧流道入口的电解液流量以减少第四流量值，直至氢气中的含氧量小于等于第二目标值。

12.如权利要求11所述的方法，其中，

所述第一含量值为体积分数0.5％～1.5％；和/或，

所述第一时间值为0.5～10小时，优选为2～8小时；和/或，

所述第一流量值为该次调整前氧侧流道入口的电解液流量的0.5％～1％；和/或，

所述第二流量值为该次调整前氢侧流道入口的电解液流量的0.5％～1％；和/或，

所述第一目标值为体积分数0.5％～1.5％；和/或，

所述第二含量值为体积分数0.5％～1.5％；和/或，

所述第二时间值为0.5～10小时，优选为2～8小时；和/或，

所述第三流量值为该次调整前氢侧流道入口的电解液流量的0.5％～1％；和/或，

所述第四流量值为该次调整前氧侧流道入口的电解液流量的0.5％～1％；和/或，

所述第二目标值为体积分数0.5％～1.5％。