CN117626353A

CN117626353A - 电解水制氢系统

Info

Publication number: CN117626353A
Application number: CN202311597311.6A
Authority: CN
Inventors: 黄兵; 刘世伟; 饶洪宇
Original assignee: Sany Hydrogen Energy Co ltd
Current assignee: Sany Hydrogen Energy Co ltd
Priority date: 2023-11-27
Filing date: 2023-11-27
Publication date: 2024-03-01

Abstract

本发明涉及制氢技术领域，公开了一种电解水制氢系统，包括质子交换膜电解槽、保护气体输送模块、氢气分离模块、氧气分离模块和性能检测模块；保护气体输送模块与阴极腔室连通；氢气分离模块与阴极腔室的出口端连通；氧气分离模块与阳极腔室的出口端连通；性能检测模块与质子交换膜电解槽电连接，用于检测质子交换膜电解槽的电性参数；控制模块连接性能检测模块，用于在电性参数不高于阈值的情况下输出控制指令，以控制保护气体输送模块向阴极腔室输送保护气体。本发明通过保护气体输送模块向阴极腔室输送保护气体，能够迅速降低阳极腔室内的氢气分压，能够快速降低氢气的跨膜运输，保证设备的安全运行。

Description

电解水制氢系统

技术领域

本发明涉及制氢技术领域，尤其涉及一种电解水制氢系统。

背景技术

质子交换膜电解水是一种新兴制氢技术。相较于传统碱性电解水，质子交换膜电解水拥有更快响应速度、更宽的工作范围及更高的电流密度。在质子交换膜电解槽的阳极腔室水被分解成氢离子H⁺和氧气O₂。而后，氢离子H⁺穿过质子交换膜并在阴极腔室内被还原形成氢气H₂。

目前质子交换膜电解槽在使用过程中，为了降低后续压缩氢气所需能耗，阴极腔室通常被加压至3MPa～4Mpa。但是阴极的高压操作具有一定的危险性，最主要的是在于氢气的跨膜渗漏及氢向外渗漏等问题。对于跨膜运输，氢气会在穿过膜后与阳极腔室的氧气混合，当阳极腔室氢气浓度超过氢气的爆炸下限4％后，有可能会造成非常严重的安全事故，甚至人员伤亡。因此如何降低阳极腔室内氢气含量以提高电解槽的安全性是业界急需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种电解水系统，用于降低阳极腔室内氢气含量，提高质子交换膜电解槽的使用安全性。

本发明提供一种电解水制氢系统，包括：

质子交换膜电解槽，具有阳极腔室和阴极腔室；

保护气体输送模块，与所述阴极腔室连通，用于向所述阴极腔室输送保护气体；

氢气分离模块，与所述阴极腔室的出口端连通，用于对氢气进行干燥、除杂及排出；

氧气分离模块，与所述阳极腔室的出口端连通，用于对氧气进行干燥、除杂及排出；

性能检测模块，与所述质子交换膜电解槽电连接，用于检测所述质子交换膜电解槽的电性参数；所述电性参数包括电流参数或/和电压参数；

控制模块，连接所述性能检测模块，用于在所述电性参数不高于阈值的情况下输出控制指令，以控制所述保护气体输送模块向所述阴极腔室输送保护气体。

根据本发明提供的电解水制氢系统，所述电解水制氢系统还包括与所述氢气分离模块的出口端连通的氢气排出模块；所述氢气排出模块包括：

第一氢气排出支路，设置有第一阀体，所述第一阀体与所述控制模块连接；

第二氢气排出支路，与所述第一氢气排出支路并联，设置有第二阀体，所述第二阀体与所述控制模块连接；

当所述保护气体输送模块向所述阴极腔室输送保护气体时，所述控制模块控制所述第一阀体关闭，所述第二阀体打开；

当所述保护气体输送模块停止输送保护气体的时间达到时间阈值时，所述控制模块控制所述第一阀体打开，所述第二阀体关闭。

根据本发明提供的电解水制氢系统，沿着氢气的流动方向，所述氢气分离模块包括：

第一水汽分离器，与所述阴极腔室的出口端连通，水从所述第一水汽分离器的液体出口流出，氢气从所述第一水汽分离器的气体出口流出；

第一冷凝组件，与所述第一水汽分离器的气体出口连通；

氢气除杂干燥组件，连通于所述第一冷凝组件及所述氢气排出模块之间。

根据本发明提供的电解水制氢系统，所述氢气除杂干燥组件包括：

除氧塔，与所述第一冷凝组件的出口端连通；

第一干燥组件，连通于所述除氧塔与所述氢气排出模块。

根据本发明提供的电解水制氢系统，所述第一干燥组件的数量至少为两个；所述氢气除杂干燥组件还包括至少两个第三阀体；所述第一干燥组件的进口端通过所述第三阀体均与所述第一冷凝组件的出口端连通，所述第一干燥组件的出口端均与所述氢气排出模块连通。

根据本发明提供的电解水制氢系统，沿着氧气的流动方向，所述氧气分离模块包括：

过滤组件，与所述阳极腔室连通；

换热组件，与所述过滤组件的出口端连通；

第二水汽分离器，与所述换热组件的出口端连通；

回水支路，设置于所述第二水汽分离器的液体出口与所述阳极腔室之间。

根据本发明提供的电解水制氢系统，所述氧气分离模块还包括设置于所述回水支路上的第四阀体和第一抽水单元。

根据本发明提供的电解水制氢系统，所述电解水制氢系统还包括进水模块；进水模块包括：

进水支路，连接于水源与所述第二水汽分离器的进水口；

第五阀体，设置于进水支路，用于控制水流通断；

第二抽水单元，设置于所述第五阀体与所述第二水汽分离器之间的所述进水支路，用于将水抽至所述第二水汽分离器。

根据本发明提供的电解水制氢系统，所述氧气分离模块还包括：

第二冷凝组件，与所述第二水汽分离器的气体出口端连通；

第二干燥组件，与所述第二冷凝组件的出口端连通，用于干燥氧气，并将氧气排出。

根据本发明提供的电解水制氢系统，所述电解水制氢系统还包括：

氢气浓度检测模块，设置于所述第二干燥组件的出口端，与所述控制模块电连接。

本发明提供的电解水制氢系统，设置与质子交换膜电解槽电连接的性能检测模块，通过性能检测模块检测质子交换膜电解槽的电性参数，其中，电性参数包括电流参数或/和电压参数；且控制模块在电性参数不高于阈值的情况下输出控制指令，以控制保护气体输送模块向阴极腔室输送保护气体，能够迅速降低阳极腔室内的氢气分压，能够快速降低氢气的跨膜运输，保证设备的安全运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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所需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水制氢系统的结构示意图。

附图标记：

100、质子交换膜电解槽；

200、保护气体输送模块；

300、氢气分离模块；310、第一水汽分离器；320、第一冷凝组件；330、氢气除杂干燥组件；321、第一冷凝器；322、第一冷凝水收集器；331、除氧塔；332、第一干燥组件；333、第三阀体；

400、氧气分离模块；410、过滤组件；420、换热组件；430、第二水汽分离；440、第四阀体；450、第一抽水单元；460、第二冷凝组件；461、第二冷凝器；462、第二冷凝水收集器；470、第二干燥组件；

500、氢气排出模块；510、第一阀体；520、第二阀体；

600、进水模块；610、第五阀体；620、第二抽水单元；

700、供电模块；710、整流器；720、变压器；

800、氢气浓度检测模块；

910、第八阀体；920、第九阀体。

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“中心”、“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为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，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，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”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。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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。

质子交换膜电解槽的阴极腔室的氢气可以在质子交换膜的水合状态下跨膜运输，具体原因如下：(1)溶解氢在浓度差下跨膜运输；(2)水在压差下跨膜运输携带的溶解氢及(3)过饱和现象导致的氢气的溶解浓度比预期高。其中，高压操作会主要加剧溶解氢在浓度差下跨膜运输，且与压力呈现正相关。也即在3MPa压力下，溶解氢在浓度差下跨膜运输过程中的氢气渗漏量相比常压下要高30倍，已经无法忽视。

现有的解决方案为限制质子交换膜电解槽的工作区间，将其工作电流保持在一个较高的数值。由于氢气的跨膜运输主要受到压力的影响，而非电流密度。因此，在氢跨膜运输渗漏量相对恒定的条件下，增大电流密度会增加阳极腔室的氧气产量，稀释氢气在阳极腔室的浓度，进而起到降低爆炸风险的作用。

然而，质子交换膜电解槽常与低成本的新能源电力相耦合产氢。新能源电力不稳定，会受到风、光等因素的影响，无法保证质子交换膜电解槽一直恒定在高功率下工作。因此，当新能源电力波动至谷底时，可能会造成氧中氢浓度激增，导致设备急停，甚至爆炸。

为了降低阳极腔室内氢气含量，目前的采用的一种手段是：使通过限定电解槽的工作范围，换句话说，使电解槽一直恒定在高功率下工作，但是这种手段无法使电解槽与再生能源耦合。采用的另外一种手段是：在阳极催化剂层中添加昂贵的金属铂Pt作为催化剂，催化氧化跨膜后的氢气H₂，降低阳极腔室中H₂的浓度。这种手段的缺点是Pt的价格贵，成本很高。

同样为了降低阳极腔室内氢气含量，本发明提供一种电解水制氢系统。该电解水制氢系统不需要使用昂贵的金属作为催化剂，也不需要限定电解槽的工作范围(工作功率)，使电解槽能够与再生能源进行耦合使用。

下面结合图1对本发明提供的电解水制氢系统做详细的说明。其中，图1是本发明提供的电解水制氢系统的结构示意图。

如图1所示，在本发明的具体实施例中，电解水制氢系统包括质子交换膜电解槽100、保护气体输送模块200、氢气分离模块300、氧气分离模块400和性能检测模块；质子交换膜电解槽100具有阳极腔室和阴极腔室；保护气体输送模块200与阴极腔室连通，用于向阴极腔室输送保护气体；氢气分离模块300与阴极腔室的出口端连通，用于对氢气进行干燥、除杂及排出；氧气分离模块400与阳极腔室的出口端连通，用于对氧气进行干燥、除杂及排出；性能检测模块与质子交换膜电解槽100电连接，用于检测质子交换膜电解槽100的电性参数；电性参数包括电流参数或/和电压参数；控制模块连接性能检测模块，用于在电性参数不高于阈值的情况下输出控制指令，以控制保护气体输送模块200向阴极腔室输送保护气体。

在本发明的具体实施例中，水进入质子交换膜电解槽100在阳极腔室被电解形成氧气和氢离子，氢离子通过质子交换膜进入阴极腔室内被还原成氢气。氧气从阳极腔室的出口端进入氧气分离模块400而被干燥、除杂后排出；氢气从阴极腔室的出口端进入氢气分离模块300而被干燥、除杂后排出。通过设置与质子交换膜电解槽100电连接的性能检测模块，通过性能检测模块检测质子交换膜电解槽100的电性参数，其中，电性参数包括电流参数或/和电压参数；且控制模块在电性参数不高于阈值的情况下输出控制指令，以控制保护气体输送模块200向阴极腔室输送保护气体，能够迅速降低阳极腔室内的氢气分压，能够快速降低氢气的跨膜运输，保证设备的安全运行。

另外，本发明的电解水制氢系统能够快速地降低电解槽工作过程中的渗氢量；可以保证电解槽在高压操作下的氢安全性；可以在一些极端条件下做到设备不停机，降低停机带来的损失。

可以理解地是，保护气体包括氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氪气(Kr)、氙气(Xe)、氮气(N₂)或二氧化碳(CO₂)中的一种或至少两种的组合。

可以理解地是，在电解水制氢系统在正常状态下，换句话说，在电性参数高于阈值的情况下，保护气体输送模块200不向阴极腔室输送保护气体。

在本发明的具体实施例中，电解水制氢系统还包括与氢气分离模块300的出口端连通的氢气排出模块500；氢气排出模块500包括第一氢气排出支路和第二氢气排出支路；第一氢气排出支路设置有第一阀体510，第一阀体510与控制模块连接；第二氢气排出支路与第一氢气排出支路并联，且设置有第二阀体520，第二阀体520与控制模块连接；当保护气体输送模块200向阴极腔室输送保护气体时，控制模块控制第一阀体510关闭，第二阀体520打开；当保护气体输送模块200停止输送保护气体的时间达到时间阈值时，控制模块控制第一阀体510打开，第二阀体520关闭。通过设置并联的第一氢气排出支路及第二氢气排出支路，再结合第一阀体510和第二阀体520实现从第一氢气排出支路排出不包括保护气体的氢气。

具体的，当电性参数不高于阈值的情况下，控制模块输出控制指令以控制保护气体输送模块200向阴极腔室输送保护气体，同时控制第一阀体510关闭，第二阀体520打开，此时含有保护气体的氢气从第二氢气排出支路排出。当电性参数高于阈值的情况下，控制模块输出控制指令以控制保护气体输送模块200停止向阴极腔室输送保护气体，且保护气体输送模块200的停止输送时间达到时间阈值时，控制第一阀体510打开，第二阀体520关闭，此时不含保护气体的氢气从第一氢气排出支路排出。

可以理解地是，第一氢气排出支路与应用端连通，用于将不含保护气体的氢气排入应用端。第二氢气配出支路用于将含有保护气体的氢气外排入空气。

在本发明的具体实施例中，沿着氢气的流动方向，氢气分离模块300包括第一水汽分离器310、第一冷凝组件320和氢气除杂干燥组件330；第一水汽分离器310与阴极腔室的出口端连通，水从第一水汽分离器310的液体出口流出，氢气从第一水汽分离器310的气体出口流出；第一冷凝组件320与第一水汽分离器310的气体出口连通；氢气除杂干燥组件330连通于第一冷凝组件320及氢气排出模块500之间。

在正常情况下，换句话说，在电性参数高于阈值的情况下，从阴极腔室排出的氢气和水的混合物直接进入第一水汽分离器310，在第一水汽分离器310的下端水通过第六阀体直接排出，不做回收。氢气从第一水汽分离器310的上端排出后，经过第一冷凝组件320初步降低氢气中的水含量，而后进入氢气除杂干燥组件330被再次干燥和除氧，最后从氢气除杂干燥组件330排出后经过第一氢气排出支路进入应用端。

在不正常的情况下，换句话说，在电性参数不高于阈值的情况下，从氢气除杂干燥组件330排出后经过第二氢气排出支路直接排出，不做回收和应用。

在一些实施例中，第一冷凝组件320包括第一冷凝器321和第一冷凝水收集器322；第一冷凝器321与第一水汽分离器310的出气口连通，第一冷凝水收集器322与第一冷凝器321的出口端连通，第一冷凝水收集器322的出口端与氢气除杂干燥组件330连通。

在本发明的具体实施例中，氢气除杂干燥组件330包括除氧塔331和第一干燥组件332；除氧塔331与第一冷凝组件320的出口端连通；第一干燥组件332连通于除氧塔331与氢气排出模块500。从第一冷凝组件320排出的氢气首先进入除氧塔331进行除氧后，再进入第一干燥组件332进行再次干燥，以排出不含水的氢气。

在本发明的具体实施例中，第一干燥组件332的数量至少为两个；氢气除杂干燥组件330还包括至少两个第三阀体333；第一干燥组件332的进口端通过第三阀体333均与第一冷凝组件320的出口端连通，第一干燥组件332的出口端均与氢气排出模块500连通。在操作中，第一干燥组件332交替使用，当一个第一干燥组件332工作时，另一个进入恢复状态。

在一些实施例中，第一干燥组件332包括干燥塔。

在本发明的具体实施例中，沿着氧气的流动方向，氧气分离模块400包括过滤组件410、换热组件420、第二水汽分离430器和回水支路；过滤组件410与阳极腔室连通；换热组件420与过滤组件410的出口端连通；第二水汽分离430器与换热组件420的出口端连通；回水支路设置于第二水汽分离430器的液体出口与阳极腔室之间。过滤组件410用来过滤阳离子污染物。换热组件420用于散热，降低设备运行过程中产生的热量，使电解槽温度升高幅度维持在温升阈值内。在第二水汽分离430器中，气体上升从上部排出，水从回收支路重新进入阳极腔室循环。

在本发明的具体实施例中，氧气分离模块400还包括设置于回水支路上的第四阀体440和第一抽水单元450，便于回水的控制。

在本发明的具体实施例中，电解水制氢系统还包括进水支路、第五阀体610和第二抽水单元620；进水支路连接于水源与第二水汽分离430器的进水口；第五阀体610设置于进水支路，用于控制水流通断；第二抽水单元620设置于第五阀体610与第二水汽分离430器之间的进水支路，用于将水抽至第二水汽分离430器。

在本发明的具体实施例中，氧气分离模块400还包括第二冷凝组件460和第二干燥组件470；第二冷凝组件460与第二水汽分离430器的气体出口端连通；第二干燥组件470与第二冷凝组件460的出口端连通，用于干燥氧气，并将氧气排出。第二冷凝组件460能够初步降低氧气中的水含量，第二干燥组件470实现对氧气的进一步干燥，确保排出的氧气中不含水。

在本发明的具体实施例中，第二冷凝组件460包括第二冷凝器461和第二冷凝水收集器462；第二冷凝器461与第二水汽分离430器连通，第二冷凝水收集器462连通于第二冷凝器461与第二干燥组件470之间。

在本发明的具体实施例中，氧气分离模块400还包括氢气浓度检测模块800；氢气浓度检测模块800设置于第二干燥组件470的出口端，用于检测氧气中的氢气浓度；氢气浓度检测模块800与控制模块连接；控制模块用于在氢气浓度不高于浓度阈值的情况下，输出控制指令，以控制保护气体输送模块200向阴极腔室输送保护气体，以降低阳极腔室内氢气分压，提高设备使用安全性。

在一些实施例中，氢气浓度检测模块800包括氢气探测仪。

在本发明的具体实施例中，保护气体输送模块200包括罐体和第七阀体；罐体与阴极腔室通过管路连通，且第七阀体设置于罐体与阴极腔室之间的管路上。

在本发明的具体实施例中，保护气体输送模块200的控制过程如下：

在氢气浓度高于浓度阈值的情况下，判断电性参数是否高于阈值，若高于阈值，则保护气体输送模块200的第七阀体保持关闭；若不高于阈值，则保护气体输送模块200的第七阀体打开，罐体向阴极腔室输送氢气。

在氢气浓度不高于浓度阈值的情况下，保护气体输送模块200的第七阀体打开，罐体向阴极腔室输送氢气。

在本发明的具体实施例中，第二冷凝水收集器462的出口通过第一氧气出气支路与第二干燥组件470连通，且第一氧气出气支路上设置有第八阀体910。第二冷凝水收集器462的出口还设置有第二氧气出气支路，第二氧气出气支路与第一氧气出气支路并联，第二氧气出气支路上设置有第九阀体920。第九阀体920与第八阀体910可以交替打开，也可以同时打开。

在本发明的具体实施例中，电解水制氢系统还包括供电模块700；供电模块700包括整流器710和变压器720；整流器710的输入端接交流电，输出端与变压器720电连接，变压器720的输出端分别连接质子交换膜电解槽100的正极及负极。

下面以100KW质子交换膜电解槽为例来说明本发明的电解水制氢系统的工作过程：

首先，介绍阳极腔室侧的工作过程：

第五阀体610打开，第二抽水单元620将纯水抽至第二水汽分离430器，为了降低第二抽水单元620的要求，并不对阳极腔室进行高压操作，阳极腔室运行在常压下。纯水的流量满足电解槽的耗水量要求。根据计算，电解槽每小时电解的水量为20L/h，每小时渗向氢侧的水量为电解水量的10倍。即第二抽水单元620，也就是第二水泵，必须满足供水量大于220L/h。

然后，第四阀体440打开，第一抽水单元450，也就是第一水泵启动将第二水汽分离430器内的纯水，以及回水均抽至阳极腔室内。泵入电解槽的水量满足电解槽的最小耗水量220L/h，和电解槽的散热需求。根据计算，第一水泵满足的供水量为4800L/h。

纯水在阳极腔室内被电解产生氧气和氢离子；氢离子经过质子交换膜流向阴极腔室，而氧气和未反应的水一起从阳极腔室流出。电解槽工作在60℃左右。

氧气和水的混合物流出阳极腔室后，流经过滤组件410和换热组件420后回到第二水汽分离430器，实现水的循环利用。其中过滤组件410包括离子交换柱，换热组件420包括板式换热器。

氧气从第二水汽分离430器的上端进入第二冷凝器461和第二冷凝水收集器462后，分流到第一氧气出气支路和第二氧气出气支路。可选择的，氧气可以通过第二氧气出气支路直接排出，此时第九阀体920打开，第八阀体910关闭。氧气也可以经过第二干燥组件470后部分流入氢浓度检测模块，检测氢的渗透量，此时第九阀体920关闭，第八阀体910打开。

首先，介绍阴极腔室侧的工作过程：

阴极腔室侧保持3MPa的高背压。

保护气体输送模块200在正常状态下处于关闭状态，只有在电流密度下探到1A/cm²以下，或氢气浓度检测模块800显示氧中氢含量超过1％时，保护气体输送模块200的入口才会打开。

在正常情况下，氢气与水的混合物从电解槽的阴极腔室排出后，直接进入第一气液分离器。

第一气液分离器的下端，水通过第六阀体流出，不做回收。

氢气从第一气液分离器的上端排出后，经过第一冷凝器321和第一冷凝水收集器322初步降低水含量，而后进入除氧塔331，去除可能存在的氧气。

从除氧塔331中流出的氢气选择性进入其中一个第一干燥组件332，进行干燥。在操作中，两个第一干燥组件332是等同的，在一个第一干燥组件332工作时，另一个进入恢复状态。

从第一干燥组件332流出的氢气从第一阀体510流出，进入应用端。

当出现电流密度下降到1A/cm²以下，或氢气浓度检测模块800显示氧中氢含超过1％时，保护气体(优选氮气)入口打开，压力为4MPa的氮气开始以20Nm³/h的流量泵入电解槽阴极腔室。此时，电解槽不停机。可选择地，氮气的泵入速率可以在10～20Nm³/h。

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

1.一种电解水制氢系统，其特征在于，包括：

质子交换膜电解槽(100)，具有阳极腔室和阴极腔室；

保护气体输送模块(200)，与所述阴极腔室连通，用于向所述阴极腔室输送保护气体；

氢气分离模块(300)，与所述阴极腔室的出口端连通，用于对氢气进行干燥、除杂及排出；

氧气分离模块(400)，与所述阳极腔室的出口端连通，用于对氧气进行干燥、除杂及排出；

性能检测模块，与所述质子交换膜电解槽(100)电连接，用于检测所述质子交换膜电解槽(100)的电性参数；所述电性参数包括电流参数或/和电压参数；

控制模块，连接所述性能检测模块，用于在所述电性参数不高于阈值的情况下输出控制指令，以控制所述保护气体输送模块(200)向所述阴极腔室输送保护气体。

2.根据权利要求1所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述电解水制氢系统还包括与所述氢气分离模块(300)的出口端连通的氢气排出模块(500)；所述氢气排出模块(500)包括：

第一氢气排出支路，设置有第一阀体(510)，所述第一阀体(510)与所述控制模块连接；

第二氢气排出支路，与所述第一氢气排出支路并联，设置有第二阀体(520)，所述第二阀体(520)与所述控制模块连接；

当所述保护气体输送模块(200)向所述阴极腔室输送保护气体时，所述控制模块控制所述第一阀体(510)关闭，所述第二阀体(520)打开；

当所述保护气体输送模块(200)停止输送保护气体的时间达到时间阈值时，所述控制模块控制所述第一阀体(510)打开，所述第二阀体(520)关闭。

3.根据权利要求2所述的电解水制氢系统，其特征在于，沿着氢气的流动方向，所述氢气分离模块(300)包括：

第一水汽分离器(310)，与所述阴极腔室的出口端连通，水从所述第一水汽分离器(310)的液体出口流出，氢气从所述第一水汽分离器(310)的气体出口流出；

第一冷凝组件(320)，与所述第一水汽分离器(310)的气体出口连通；

氢气除杂干燥组件(330)，连通于所述第一冷凝组件(320)及所述氢气排出模块(500)之间。

4.根据权利要求3所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述氢气除杂干燥组件(330)包括：

除氧塔(331)，与所述第一冷凝组件(320)的出口端连通；

第一干燥组件(332)，连通于所述除氧塔(331)与所述氢气排出模块(500)。

5.根据权利要求4所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述第一干燥组件(332)的数量至少为两个；所述氢气除杂干燥组件(330)还包括至少两个第三阀体(333)；所述第一干燥组件(332)的进口端通过所述第三阀体(333)均与所述第一冷凝组件(320)的出口端连通，所述第一干燥组件(332)的出口端均与所述氢气排出模块(500)连通。

6.根据权利要求1至5任一项所述的电解水制氢系统，其特征在于，沿着氧气的流动方向，所述氧气分离模块(400)包括：

过滤组件(410)，与所述阳极腔室连通；

换热组件(420)，与所述过滤组件(410)的出口端连通；

第二水汽分离(430)器，与所述换热组件(420)的出口端连通；

回水支路，设置于所述第二水汽分离(430)器的液体出口与所述阳极腔室之间。

7.根据权利要求6所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述氧气分离模块(400)还包括设置于所述回水支路上的第四阀体(440)和第一抽水单元(450)。

8.根据权利要求7所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述电解水制氢系统还包括进水模块(600)，所述进水模块(600)包括：

进水支路，连接于水源与所述第二水汽分离(430)器的进水口；

第五阀体(610)，设置于进水支路，用于控制水流通断；

第二抽水单元(620)，设置于所述第五阀体(610)与所述第二水汽分离(430)器之间的所述进水支路，用于将水抽至所述第二水汽分离(430)器。

9.根据权利要求7所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述氧气分离模块(400)还包括：

第二冷凝组件(460)，与所述第二水汽分离(430)器的气体出口端连通；

第二干燥组件(470)，与所述第二冷凝组件(460)的出口端连通，用于干燥氧气，并将氧气排出。

10.根据权利要求9所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述电解水制氢系统还包括：

氢气浓度检测模块(800)，设置于所述第二干燥组件(470)的出口端，与所述控制模块电连接。