CN117568866A - 电解槽均流控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电解技术领域，提供一种电解槽均流控制系统及方法，电解槽均流控制系统包括：电解槽、进液主管、氧气出液主管、氢气出液主管和控制器，电解槽包括多组电解室单元；进液主管经进液支管与电解室单元相连，且进液支管设有进液调节阀；氧气出液主管经氧气出液支管与电解室单元相连，且氧气出液支管设有氧气出液调节阀；氢气出液主管经氢气出液支管与电解室单元相连，且氢气出液支管设有氢气出液调节阀；控制器分别与进液调节阀、氧气出液调节阀和氢气出液调节阀电连接。本发明实现电解室分组流量控制，可以简化系统结构和优化控制，保证各组电解室的流量分布均匀一致性，从而保证电解槽散热均匀。

Description

电解槽均流控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电解技术领域，尤其涉及一种电解槽均流控制系统及方法。

背景技术

目前，对于体积较大的电解槽，总长度也往往较长，较长的电解槽容易造成循环碱液不能很好的平均分配给每个电解室，导致每个电解室的碱液流动不均匀，同时由于每个电解室在密封挤压变形过程中的变形程度不同，造成每个电解室实际流量与理想流量总有差距，导致电解室电压与温度不均匀，电解槽散热效果差。

发明内容

本发明提供一种电解槽均流控制系统及方法，用以解决相关技术中电解室流量分布不均匀的缺陷，实现电解室分组流量控制，可以简化系统结构和优化控制，保证各组电解室的流量分布均匀一致性，从而保证电解槽散热均匀。

本发明提供一种电解槽均流控制系统，包括：

电解槽，包括多组电解室单元；

进液主管，经进液支管与所述电解室单元相连，且所述进液支管设有进液调节阀，用于调节所述电解室单元的进液量；

氧气出液主管，经氧气出液支管与所述电解室单元相连，且所述氧气出液支管设有氧气出液调节阀，用于调节所述电解室单元的氧气出液量；

氢气出液主管，经氢气出液支管与所述电解室单元相连，且所述氢气出液支管设有氢气出液调节阀，用于调节所述电解室单元的氢气出液量；

控制器，分别与所述进液调节阀、所述氧气出液调节阀和所述氢气出液调节阀电连接，用于根据所述电解室单元的进出液流量差值，控制所述进液调节阀、所述氧气出液调节阀和所述氢气出液调节阀的开度。

根据本发明提供的一种电解槽均流控制系统，还包括：

变频循环泵，设置于所述进液主管与所述氧气出液主管和所述氢气出液主管之间，且与所述控制器电连接；

功率检测器，分别与所述电解室单元和所述控制器电连接，所述功率检测器用于检测所述电解室单元的运行功率，所述控制器还用于根据检测的所述电解室单元的运行功率，控制所述进液调节阀、所述氧气出液调节阀和所述氢气出液调节阀的基准开度以及所述变频循环泵的运行功率。

根据本发明提供的一种电解槽均流控制系统，还包括：

气液分离器，所述气液分离器的入口分别与所述氧气出液主管和所述氢气出液主管相连，所述气液分离器的出液口与所述变频循环泵相连；

换热器，连接于所述变频循环泵与所述进液主管之间。

根据本发明提供的一种电解槽均流控制系统，所述进液支管设有进液流量计，所述氧气出液支管设有氧气出液流量计，所述氢气出液支管设有氢气出液流量计，且所述进液流量计、所述氧气出液流量计和所述氢气出液流量计分别与所述控制器电连接。

根据本发明提供的一种电解槽均流控制系统，所述电解室单元包括：多个电解室，所述电解室由多个双极板间隔排列分布形成。

根据本发明提供的一种电解槽均流控制系统，所述双极板设有与所述电解室连通的进液通孔、氧气出液通孔和氢气出液通孔，所述进液通孔经第一特种接头与所述进液支管相连，所述氧气出液通孔经第二特种接头与所述氧气出液支管相连，所述氢气出液通孔经第三特种接头与所述氢气出液支管相连。

本发明还提供一种上述电解槽均流控制系统的控制方法，包括：

获取所述进液支管、所述氧气出液支管和所述氢气出液支管的流量；

根据所述进液支管、所述氧气出液支管和所述氢气出液支管的流量，确定所述电解室单元的进出液流量差值；

根据所述电解室单元的进出液流量差值，控制所述进液调节阀、所述氧气出液调节阀和所述氢气出液调节阀的开度。

根据本发明提供的一种电解槽均流控制系统的控制方法，所述根据所述电解室单元的进出液流量差值，控制所述进液调节阀、所述氧气出液调节阀和所述氢气出液调节阀的开度的步骤，包括：

确定所述电解室单元的进出液流量差值大于目标预设值，且所述电解室单元的进液流量大于出液流量，减小所述进液调节阀的开度，且增大所述氧气出液调节阀和所述氢气出液调节阀的开度；

确定所述电解室单元的进出液流量差值大于目标预设值，且所述电解室单元的出液流量大于进液流量，增大所述进液调节阀的开度，且减小所述氧气出液调节阀和所述氢气出液调节阀的开度。

根据本发明提供的一种电解槽均流控制系统的控制方法，还包括：

获取所述电解室单元的运行功率；

根据所述电解室单元的运行功率，控制所述进液调节阀、所述氧气出液调节阀和所述氢气出液调节阀的基准开度以及变频循环泵的运行功率。

根据本发明提供的一种电解槽均流控制系统的控制方法，所述根据所述电解室单元的运行功率，控制所述进液调节阀、所述氧气出液调节阀和所述氢气出液调节阀的基准开度以及变频循环泵的运行功率的步骤，包括：

所述进液调节阀、所述氧气出液调节阀和所述氢气出液调节阀的基准开度以及所述变频循环泵的运行功率与所述电解室单元的运行功率呈正相关。

本发明提供的电解槽均流控制系统及方法，通过将电解槽的电解室进行分组流量控制，可以简化系统结构和优化控制，实现各组电解室单元流量均匀性的快速调节，通过在进出液支管上设置相应的调节阀来控制各组电解室单元的流量，可以保证各组电解室单元的流量分布均匀一致性，从而保证电解槽散热均匀。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的电解槽均流控制系统的结构示意图；

图2是本发明提供的电解槽的结构示意图；

图3是本发明提供的电解槽均流控制系统的控制方法的流程示意图之一；

图4是本发明提供的电解槽均流控制系统的控制方法的流程示意图之二。

附图标记：

1：电解槽；101：电解室；2：进液主管；3：进液调节阀；

4：氧气出液主管；5：氧气出液调节阀；6：氢气出液主管；

7：氢气出液调节阀；8：控制器；9：进液支管；

10：氧气出液支管；11：氢气出液支管；12：变频循环泵；

13：气液分离器；14：换热器；15：进液流量计；

16：氧气出液流量计；17：氢气出液流量计。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1-图4描述本发明的电解槽均流控制系统及方法。

根据本发明第一方面的实施例，参照图1和图2所示，本发明提供的电解槽均流控制系统，主要包括：电解槽1、进液主管2、进液调节阀3、氧气出液主管4、氧气出液调节阀5、氢气出液主管6、氢气出液调节阀7和控制器8等部件。

其中，电解槽1包括多组电解室单元，将电解槽1内的电解室101进行分组，形成多组电解室单元。

进液主管2分别经多个进液支管9与多组电解室单元一一对应相连，并且每个进液支管9分别设有进液调节阀3，用于调节对应电解室单元的进液量。

氧气出液主管4分别经多个氧气出液支管10与多个电解室单元一一对应相连，并且每个氧气出液支管10设有氧气出液调节阀5，用于调节对应电解室单元的氧气出液量。

氢气出液主管6分别经多个氢气出液支管11与多个电解室单元一一对应相连，并且每个氢气出液支管11设有氢气出液调节阀7，用于调节对应电解室单元的氢气出液量。

控制器8分别与进液调节阀3、氧气出液调节阀5和氢气出液调节阀7电连接，用于根据电解室单元的进出液流量差值，控制对应的进液调节阀3、氧气出液调节阀5和氢气出液调节阀7的开度。

可以理解的是，电解室单元的出液流量包括氧气出液量和氢气出液量。

工作时，碱液经进液主管2进入电解槽1内，并经进液支管9进入各组电解室单元的电解室101内，随后发生电解反应，电解室101的阳极生成氧气，阴极生成氢气，氧气和剩余碱液经氧气出液支管10进入氧气出液主管4，氢气和剩余碱液经氢气出液支管11进入氢气出液主管6，所有气体和液体流动路线完全相同，保证反应的均一性，保证每个电解室101都充分参与反应。

并且，在工作过程中，根据各组电解室单元的进出液流量差值，实时独立调节各组电解室单元对应的进液调节阀3、氧气出液调节阀5和氢气出液调节阀7的开度，可以调节管道的流量，从而保证电解槽1各组电解室单元的流量分布均匀。

当电解槽1的某一组电解室单元的进出液流量差值大于目标预设值时，此时启动调节阀自动调节模式，具体包括：当电解室单元的进液流量大于出液流量时，此时减小进液调节阀3的开度，且增大氧气出液调节阀5和氢气出液调节阀7的开度，以减小进出液流量偏差，此阶段需要各个支管上的调节阀配合，单纯的调节一个管道的流量是无法解决问题的，例如前端进入的碱液流量大，如果只调节进液调节阀3，而不调节氧气出液调节阀5和氢气出液调节阀7，则碱液进入电解室101的流阻过低，前端的电解室101仍然会分配很多流量，只有同步调节该电解室单元三个管道的调节阀才能保证进出液流量均一性；同理，当电解室单元的出液流量大于进液流量时，此时增大进液调节阀3的开度，且减小氧气出液调节阀5和氢气出液调节阀7的开度，以减小进出液流量偏差。因此，当各组电解室单元流量分布不均匀时，则调整各组电解室单元前后进出液各个支管上的调节阀，保证各组电解室单元的流量分布一致。

因此，本发明实施例提供的电解槽均流控制系统，通过电解槽1采用分段式结构，将电解槽1的电解室101分组进行流量控制，可以简化系统结构和优化控制，实现各组电解室单元流量均匀性的快速调节，通过在进出液支管上设置相应的调节阀来控制各组电解室单元的流量，可以保证各组电解室单元的流量分布均匀一致性，从而保证电解槽1散热均匀。

根据本发明的一个实施例，参照图1所示，本发明电解槽均流控制系统还包括：变频循环泵12和功率检测器，变频循环泵12设置于进液主管2与氧气出液主管4和氢气出液主管6之间，并且与控制器8电连接，通过调节变频循环泵12的频率调节运行功率，从而调节碱液循环量；功率检测器分别与电解室单元和控制器8电连接，功率检测器用于检测电解室单元的运行功率，控制器8还用于根据检测的电解室单元的运行功率，控制进液调节阀3、氧气出液调节阀5和氢气出液调节阀7的基准开度以及变频循环泵12的运行功率，即具有变功率调节模式。

由于电解槽1切换运行功率时，会影响电解效率，从而影响电解室单元的流量分布均匀性。因此，当电解槽1在不同的运行功率下，可以匹配相对应的调节阀的调节基准点以及变频循环泵12的运行功率，从而保证各组电解室单元的流量分配始终一致。

具体地，当电解室单元的运行功率为第一运行功率时，控制进液调节阀3、氧气出液调节阀5和氢气出液调节阀7的基准开度同比例调节至各自的第一基准开度，且控制变频循环泵12运行至第一功率；

当电解室单元的运行功率为第二运行功率时，控制进液调节阀3、氧气出液调节阀5和氢气出液调节阀7的基准开度同比例调节至各自的第二基准开度，且控制变频循环泵12运行至第二功率；

当电解室单元的运行功率为第三运行功率时，控制进液调节阀3、氧气出液调节阀5和氢气出液调节阀7的基准开度同比例调节至各自的第三基准开度，且控制变频循环泵12运行至第三功率；

其中，第一运行功率小于第二运行功率，第二运行功率小于第三运行功率；第一基准开度小于第二基准开度，第二基准开度小于第二基准开度；第一功率小于第二功率，第二功率小于第三功率。

例如，当电解室单元为低功率工况，运行功率为额定功率的20％～50％，进液调节阀3、氧气出液调节阀5和氢气出液调节阀7的基准开度调节为初始开度的30％，变频循环泵12的功率调节为额定功率的40％；当电解室单元为稳定功率工况，运行功率为额定功率的50％～100％，进液调节阀3、氧气出液调节阀5和氢气出液调节阀7的基准开度调节为初始开度的75％，变频循环泵12的功率调节为额定功率的70％；当电解室单元为高功率工况，运行功率为额定功率的100％～110％，进液调节阀3、氧气出液调节阀5和氢气出液调节阀7的基准开度调节为初始开度的90％，变频循环泵的功率调节为额定功率的90％。

当系统从一个工况切换到另一个工况时，调节阀会开始同步同比例地缓慢调节基准点，基准点调节完成后，可以再根据各组电解室单元的进出液流量差值，实时独立调节各组电解室单元对应的进液调节阀3、氧气出液调节阀5和氢气出液调节阀7的开度。

因此，本发明实施例提供的一种电解槽均流控制系统具有调节阀自动调节模式和变功率调节模式，并且这种变功率调节模式的优点是可以根据不同工况灵活地调整泵和调节阀进行匹配，从而保证各组电解室单元的流量分配始终一致，保证不同工况下电解槽温度场和流量场的一致性，有效提高各组电解室单元的流量分布均匀性。

根据本发明的一个实施例，参照图1所示，本发明电解槽均流控制系统还包括：气液分离器13和换热器14，气液分离器13的入口分别与氧气出液主管4和氢气出液主管6相连，气液分离器13的出液口与变频循环泵12相连；换热器14连接于变频循环泵12与进液主管2之间。

系统正常工作时，电解槽1内的碱液发生电解反应，电解室101的阳极生成氧气，阴极生成氢气，氧气和剩余碱液经氧气出液支管10进入氧气出液主管4，氢气和剩余碱液经氢气出液支管11进入氢气出液主管6，然后进入气液分离器13进行气液分离，分离的碱液经变频循环泵12送至换热器14冷却降温，然后经进液主管2进入电解槽1内，并经进液支管9进入各组电解室单元的电解室101内，如此循环。

根据本发明的一个实施例，参照图1所示，进液支管9设有进液流量计15，氧气出液支管10设有氧气出液流量计16，氢气出液支管11设有氢气出液流量计17，且进液流量计15、氧气出液流量计16和氢气出液流量计17分别与控制器8电连接。

具体地，通过相应的流量计检测管道的流量，并将检测的流量反馈至控制器8，控制器8根据得到的流量数据分析各组电解室单元的进出液流量差值，当进出液流量差值大于目标预设值时，启动调节阀自动调节模式，具体参见前述，此处不作赘述。

并且，本发明上述调节阀可以为薄膜高温调节阀。

根据本发明的一个实施例，电解室单元包括：多个电解室101，并且，电解室101由多个双极板间隔排列分布形成。例如，可以以20个双极板形成一组电解室单元。

并且，文中的进出液流量可以理解为多个电解室101的平均进出液流量。

根据本发明的一个实施例，双极板设有与电解室101连通的进液通孔、氧气出液通孔和氢气出液通孔，进液通孔经第一特种接头与进液支管9相连，氧气出液通孔经第二特种接头与氧气出液支管10相连，氢气出液通孔经第三特种接头与氢气出液支管11相连。

本发明实施例采用双极板作为进出液的通道结构，然后可以在双极板的外侧面焊接卡套连接各个支管，这种方式可灵活地将各个支管与主管现场焊接。

下面对本发明提供的电解槽均流控制系统的控制方法进行描述，下文描述的控制方法与上文描述的电解槽均流控制系统可相互对应参照。

根据本发明第二方面的实施例，参照图3所示，本发明还提供一种上述实施例电解槽均流控制系统的控制方法，主要包括以下步骤：

S100、获取进液支管9、氧气出液支管10和氢气出液支管11的流量。

具体地，可以通过设置于各个支管上的流量计进行实时检测。

S200、根据进液支管9、氧气出液支管10和氢气出液支管11的流量，确定电解室单元的进出液流量差值。

S300、根据电解室单元的进出液流量差值，控制进液调节阀3、氧气出液调节阀5和氢气出液调节阀7的开度。

具体地，确定电解室单元的进出液流量差值大于目标预设值，且电解室单元的进液流量大于出液流量，减小进液调节阀3的开度，且增大氧气出液调节阀5和氢气出液调节阀7的开度，以减小进出液流量偏差，使电解室单元进出液流量分布保持均匀一致。

确定电解室单元的进出液流量差值大于目标预设值，且电解室单元的出液流量大于进液流量，增大进液调节阀3的开度，且减小氧气出液调节阀5和氢气出液调节阀7的开度，以减小进出液流量偏差，使电解室单元进出液流量分布保持均匀一致。

因此，本发明实施例提供的电解槽均流控制系统的控制方法，通过进出液支管上的调节阀来控制各组电解室单元的流量，可以保证各组电解室单元的流量分布均匀一致性，从而保证电解槽1散热均匀。

根据本发明的一个实施例，参照图4所示，本发明电解槽均流控制系统的控制方法，还包括步骤：

S400、获取电解室单元的运行功率。

具体地，可以通过功率检测器实时检测电解室单元的运行功率。

S500、根据电解室单元的运行功率，控制进液调节阀3、氧气出液调节阀5和氢气出液调节阀7的基准开度以及变频循环泵12的运行功率。

其中，进液调节阀3、氧气出液调节阀5和氢气出液调节阀7的基准开度以及变频循环泵12的运行功率与电解室单元的运行功率呈正相关。具体参见前述变功率调节模式，此处不作赘述。

本发明实施例提供的控制方法可以根据不同工况灵活地调整泵和调节阀进行匹配，从而保证各组电解室单元的流量分配始终一致，保证不同工况下电解槽温度场和流量场的一致性，有效提高各组电解室单元的流量分布均匀性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电解槽均流控制系统，其特征在于，包括：

电解槽，包括多组电解室单元；

进液主管，经进液支管与所述电解室单元相连，且所述进液支管设有进液调节阀，用于调节所述电解室单元的进液量；

氧气出液主管，经氧气出液支管与所述电解室单元相连，且所述氧气出液支管设有氧气出液调节阀，用于调节所述电解室单元的氧气出液量；

氢气出液主管，经氢气出液支管与所述电解室单元相连，且所述氢气出液支管设有氢气出液调节阀，用于调节所述电解室单元的氢气出液量；

控制器，分别与所述进液调节阀、所述氧气出液调节阀和所述氢气出液调节阀电连接，用于根据所述电解室单元的进出液流量差值，控制所述进液调节阀、所述氧气出液调节阀和所述氢气出液调节阀的开度。

2.根据权利要求1所述的电解槽均流控制系统，其特征在于，还包括：

变频循环泵，设置于所述进液主管与所述氧气出液主管和所述氢气出液主管之间，且与所述控制器电连接；

功率检测器，分别与所述电解室单元和所述控制器电连接，所述功率检测器用于检测所述电解室单元的运行功率，所述控制器还用于根据检测的所述电解室单元的运行功率，控制所述进液调节阀、所述氧气出液调节阀和所述氢气出液调节阀的基准开度以及所述变频循环泵的运行功率。

3.根据权利要求2所述的电解槽均流控制系统，其特征在于，还包括：

气液分离器，所述气液分离器的入口分别与所述氧气出液主管和所述氢气出液主管相连，所述气液分离器的出液口与所述变频循环泵相连；

换热器，连接于所述变频循环泵与所述进液主管之间。

4.根据权利要求1所述的电解槽均流控制系统，其特征在于，所述进液支管设有进液流量计，所述氧气出液支管设有氧气出液流量计，所述氢气出液支管设有氢气出液流量计，且所述进液流量计、所述氧气出液流量计和所述氢气出液流量计分别与所述控制器电连接。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的电解槽均流控制系统，其特征在于，所述电解室单元包括：多个电解室，所述电解室由多个双极板间隔排列分布形成。

6.根据权利要求5所述的电解槽均流控制系统，其特征在于，所述双极板设有与所述电解室连通的进液通孔、氧气出液通孔和氢气出液通孔，所述进液通孔经第一特种接头与所述进液支管相连，所述氧气出液通孔经第二特种接头与所述氧气出液支管相连，所述氢气出液通孔经第三特种接头与所述氢气出液支管相连。

7.一种根据权利要求1-6中任一项所述的电解槽均流控制系统的控制方法，其特征在于，包括：

获取所述进液支管、所述氧气出液支管和所述氢气出液支管的流量；

根据所述进液支管、所述氧气出液支管和所述氢气出液支管的流量，确定所述电解室单元的进出液流量差值；

根据所述电解室单元的进出液流量差值，控制所述进液调节阀、所述氧气出液调节阀和所述氢气出液调节阀的开度。

8.根据权利要求7所述的电解槽均流控制系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述电解室单元的进出液流量差值，控制所述进液调节阀、所述氧气出液调节阀和所述氢气出液调节阀的开度的步骤，包括：

确定所述电解室单元的进出液流量差值大于目标预设值，且所述电解室单元的进液流量大于出液流量，减小所述进液调节阀的开度，且增大所述氧气出液调节阀和所述氢气出液调节阀的开度；

确定所述电解室单元的进出液流量差值大于目标预设值，且所述电解室单元的出液流量大于进液流量，增大所述进液调节阀的开度，且减小所述氧气出液调节阀和所述氢气出液调节阀的开度。

9.根据权利要求7所述的电解槽均流控制系统的控制方法，其特征在于，还包括：

获取所述电解室单元的运行功率；

根据所述电解室单元的运行功率，控制所述进液调节阀、所述氧气出液调节阀和所述氢气出液调节阀的基准开度以及变频循环泵的运行功率。

10.根据权利要求9所述的电解槽均流控制系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述电解室单元的运行功率，控制所述进液调节阀、所述氧气出液调节阀和所述氢气出液调节阀的基准开度以及变频循环泵的运行功率的步骤，包括：

所述进液调节阀、所述氧气出液调节阀和所述氢气出液调节阀的基准开度以及所述变频循环泵的运行功率与所述电解室单元的运行功率呈正相关。