CN214300387U - 一种用于低压碱性水电解水制氢系统的调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于低压碱性水电解水制氢系统的调节装置，包括设置在所述的制氢系统中的至少一个压力仪表和至少一个液位仪表；均与所述的压力仪表和所述的液位仪表通信连接的逻辑处理硬件；与所述的制氢系统的减压设备连接的压力调节电磁阀；与所述的制氢系统的容器设备的液体输入和输出口连接的液位调节电磁阀；其中，所述的压力调节电磁阀和所述的液位调节电磁阀分别与所述的逻辑处理硬件的数字信号输出端通信连接。本实用新型显著减少了设备的制造成本，使得系统或设备的整体结构也可以减小，有利于集成化。

Description

一种用于低压碱性水电解水制氢系统的调节装置

技术领域

本实用新型涉及水电解制氢设备系统压力及液位的调节装置，尤其涉及一种用于低压碱性水电解水制氢系统的调节装置。

背景技术

在技术改造前，采集现场信号传输至可编程逻辑控制器(PLC)系统，再由PLC运算后，通过模拟量模块输出控制信号给就地的气动薄膜调节阀，实现系统压力的恒定及氢、氧分离器间的液位平衡。对于低压碱性水电解制氢设备来说，该方案成本过高、元器件所占空间较大。

例如参照图1，技术改造前的制氢系统通过模拟量来控制压力和液面的调节，从PLC的模拟输出端AO1输出模拟信号，进入电气转换器，由电气转换器将模拟电信号转换成气信号输出至气动薄膜调节阀。该过程中经历了PLC的模拟输出模块AO、电气转换器、气动薄膜调节阀、减压过滤器、气源系统、气源管等，需要的器件多。且模拟量信号易受干扰，气源信号有延迟。因此有必要对现有的制氢系统中的压力和液面的调节设备进行改造。

应注意，在技术改造之前的制氢系统的压力及液位的调节装置不一定是公开的技术方案。本实用新型在于对生产设备的技术改造，该生产设备不一定是已公开的标准设备。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于低压碱性水电解水制氢系统的调节装置，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本实用新型的技术方案一方面为一种用于低压碱性水电解水制氢系统的调节装置，其包括：设置在所述的制氢系统中的至少一个压力仪表和至少一个液位仪表；均与所述的压力仪表和所述的液位仪表通信连接的逻辑处理硬件；与所述的制氢系统的减压设备连接的压力调节电磁阀；与所述的制氢系统的容器设备的液体输入和输出口连接的液位调节电磁阀；其中，所述的压力调节电磁阀和所述的液位调节电磁阀分别与所述的逻辑处理硬件的数字信号输出端通信连接。

进一步，所述的逻辑处理硬件包括比较器电路，以接收所述的压力仪表和所述的液位仪表的压力信号和液位信号，从而与所述的逻辑处理硬件中的预设信号阈值进行比较。

进一步，所述的压力调节电磁阀和所述的液位调节电磁阀均为防爆型电磁阀。

进一步，所述的逻辑处理硬件与上位机通信连接，该上位机包括监控系统、工控计算机或过程控制系统。

进一步，所述的逻辑处理硬件包括可编程逻辑控制器或单片机控制器。

进一步，所述的制氢系统包括电解槽、制氢装置、纯化装置以及缓冲罐，其中制氢装置包括：将电解槽产生的氢气和氧气进行气液分离的氢氧分离器；对通过氢氧分离器后收集的氢气和氧气进行气体冷却的气体冷却器；以及收集通过气体冷却器后的氢气和氧气留下的水滴的捕滴器；其中，至少一个的所述的液位仪表设置在所述的氢氧分离器中，以检测氢氧分离器中碱水的液位。

进一步，所述的纯化装置包括：去除通过捕滴器后的氢气中的氧气的脱氧塔；和去除经过脱氧塔后的氢气中的水分的干燥塔，其中，至少一个的所述的压力仪表设置在所述的干燥塔中，以检测工作气压。

本实用新型的技术方案另一方面为一种低压碱性水电解水制氢系统，包括上述的调节装置。

本实用新型的有益效果如下。

减少了原有的PLC模拟量模块和端口资源，直接使用PLC系统中多余的数字量点。把原来的气动膜调节阀换成电磁阀。相对原气动膜调节阀体积大、价格高、还需另提供气动系统的情况，替换成防爆型电磁阀可以显著减少了设备的制造成本，使得系统或设备的整体结构也可以减小，有利于集成化。

附图说明

图1是技术改造前的压力和液位调节装置的部分硬件连接图。

图2是根据本实用新型的调节装置的总体框图。

图3是根据本实用新型的调节装置的部分硬件连接图。

图4是根据本实用新型的调节装置的在低压碱性水电解水制氢系统中的应用实施例的细节示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本实用新型的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

参照图2，在一些实施例中，根据本实用新型的调节装置包括设置在所述的制氢系统中的至少一个压力仪表10和至少一个液位仪表20；均与所述的压力仪表10和所述的液位仪表20通信连接的逻辑处理硬件30；与所述的制氢系统的减压设备连接的压力调节电磁阀40；与所述的制氢系统的容器设备的液体输入和输出口连接的液位调节电磁阀50；其中，所述的压力调节电磁阀40和所述的液位调节电磁阀50分别与所述的逻辑处理硬件30的数字信号输出端通信连接。所述的逻辑处理硬件30还包括比较器电路31，以接收所述的压力仪表10和所述的液位仪表20的压力信号和液位信号，从而与所述的逻辑处理硬件30中的预设信号阈值进行比较。

参照图3，所述的逻辑处理硬件30优选为PLC，该PLC可以与上位机60通信连接。PLC通过模拟端输入接口AI1采集现场的压力和液位模拟信号，然后将采集的信号与内设的比较器进行数据进行比较(可以是模数转换后与存储器中的阈值比较)，然后通过PLC的数字量模块(比如图3中的数字输出端DO2)输出信号，控制电磁阀开关。此外，如果采集的压力和液位信号为数字信号，则通过PLC的数字输入端输入。所述的逻辑处理硬件30除了是PLC之外，还可以是单片机控制器件或者其他逻辑控制电路。

优选地，所述的压力调节电磁阀40和所述的液位调节电磁阀50均为防爆型电磁阀。

图1所示的技术改造之前的方案采用模拟量来控制，其中：信号从AO模块输出，进入电气转换器，由电气转换器将4～20mA模拟电信号转换成20～100KP的气信号输出至气动薄膜调节阀，该过程需要AO模块、电气转换器、气动薄膜调节阀、减压过滤器、气源系统、气源管等器件，且模拟量信号易受干扰，气源信号有延迟。而图2至3所示的本实用新型的方案不仅可以减少了原有的PLC模拟量模块和端口资源，还可以显著减少器件数量和成本，使得系统或设备的整体结构也可以减小，有利于集成化。此外，本实用新型的方案用数字量信号来控制压力和液位调节，信号从PLC的DO模块输出直接连到电磁阀，且数字量信号不易受干扰，无延迟，精度更好。

参照图4，在一个实施例中，本实用新型的调节装置所适用的低压碱性水电解制氢系统100包括：电解槽110、制氢装置120、纯化装置130以及缓冲罐140。其中，电解槽110内采用泡沫镍电极电解纯水以产生氢气和氧气。制氢装置120用于将电解槽110电解产生的氢气和氧气进行气液分离且冷却。纯化装置130用于将分离和冷却后的氢气进行提纯、脱氧和干燥，通过纯化装置130得到干净且干燥的氢气。缓冲罐140用于将干净且干燥的氢气进行稳压以输出稳定的氢气。

进一步，制氢装置120包括：氢氧分离器121、气体冷却器122以及捕滴器123。氢氧分离器121用于将电解槽110产生的氢气和氧气进行气液分离，气体冷却器122用于收集通过氢氧分离器121后的氢气和氧气进行气体冷却，捕滴器123用于收集通过气体冷却器122后的氢气和氧气留下的水滴。

电解槽110电解产生的氢气和氧气，电解后的氢气和氧气会经过不同的管道输送到氢氧分离器121，氢氧分离器121对电解后的氢气和氧气进行气液分离后以将氢气和氧气分别进行气体冷却器122进行气体冷却，冷却后的氢气和氧气分别进入捕滴器123后输出氢气和氧气，从而使整个电解后的氢气和氧气能够正常分离出来。

氢氧分离器121上设有布散管124，布散管124设置在氢氧分离器121上，通过布散管124能够更好地进行气液分离。通过布散管124能够更好的对氢气和氧气进行气液分离。当氢气或氧气通入布散管124时，由于重力作用，带处理器氢气或氧气中的碱液会直接滴落在布散管124底部，且碱液通过出液孔排出布散管124，排除布散管124的碱液掉落至氢氧分离器121内底部。而气体从布散管124上两侧的排气孔112排出，从而实现带处理氢气和氧气的高效分离，且滴落在氢氧分离器121内的碱液可以进行回收，回收的碱液可以再次使用。其中，至少一个的所述的液位仪表20设置在所述的氢氧分离器121中，以检测氢氧分离器中碱水的液位。

进一步，纯化装置130包括脱氧塔131和干燥塔132。脱氧塔131用于去除通过捕滴器123后的氢气中的少量氧气，干燥塔132用于去除经过脱氧塔131后的氢气中的少量水分。其中，至少一个的所述的压力仪表10设置在所述的干燥塔132中，以检测其中的工作气压。

本实施例中，低压碱性水电解制氢系统100还配套有辅助系统200，用于提供制氢系统100电解需要的纯水和直流电。辅助系统200包括制备纯水子系统210和配电子系统220。制备纯水子系统210用于将市政自来水提纯以得到纯水，配电子系统220用于将高压交流电进行整流变压得到直流电。辅助系统200还包括空压子系统230，空压子系统230用于提供制氢装置120和纯化装置130需要的执行气。空压子系统230包括空压机。制氢装置120和纯化装置130设有气动球阀来驱动，空压机用于提供制氢装置120和纯化装置130中的气动球阀提供执行气。

配电子系统220包括：整流变压器、整流柜、配电柜、程序控制柜。根据本实用新型的调节装置可以整合到配电子系统220中。

以上所述，只是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本实用新型的技术效果，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开保护的范围之内。都应属于本实用新型的保护范围。在本实用新型的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (8)

1.一种用于低压碱性水电解水制氢系统的调节装置，其特征在于，包括：

设置在所述的制氢系统中的至少一个压力仪表(10)和至少一个液位仪表(20)；

均与所述的压力仪表(10)和所述的液位仪表(20)通信连接的逻辑处理硬件(30)；

与所述的制氢系统的减压设备连接的压力调节电磁阀(40)；

与所述的制氢系统的容器设备的液体输入和输出口连接的液位调节电磁阀(50)；

其中，所述的压力调节电磁阀(40)和所述的液位调节电磁阀(50)分别与所述的逻辑处理硬件(30)的数字信号输出端通信连接。

2.根据权利要求1所述的用于低压碱性水电解水制氢系统的调节装置，其特征在于，

所述的逻辑处理硬件(30)包括比较器电路(31)，以接收所述的压力仪表(10)和所述的液位仪表(20)的压力信号和液位信号，从而与所述的逻辑处理硬件(30)中的预设信号阈值进行比较。

3.根据权利要求1所述的用于低压碱性水电解水制氢系统的调节装置，其特征在于，

所述的压力调节电磁阀(40)和所述的液位调节电磁阀(50)均为防爆型电磁阀。

4.根据权利要求1所述的用于低压碱性水电解水制氢系统的调节装置，其特征在于，

所述的逻辑处理硬件(30)与上位机(60)通信连接。

5.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的用于低压碱性水电解水制氢系统的调节装置，其特征在于，所述的逻辑处理硬件(30)包括可编程逻辑控制器或单片机控制器。

6.根据权利要求1所述的用于低压碱性水电解水制氢系统的调节装置，其特征在于，所述的制氢系统包括电解槽(110)、制氢装置(120)、纯化装置(130)以及缓冲罐(140)，其中制氢装置(120)包括：

将电解槽(110)产生的氢气和氧气进行气液分离的氢氧分离器(121)；

对通过氢氧分离器(121)后收集的氢气和氧气进行气体冷却的气体冷却器(122)；以及

收集通过气体冷却器(122)后的氢气和氧气留下的水滴的捕滴器(123)；

其中，至少一个的所述的液位仪表(20)设置在所述的氢氧分离器(121)中，以检测氢氧分离器中碱水的液位。

7.根据权利要求6所述的用于低压碱性水电解水制氢系统的调节装置，其特征在于，所述的纯化装置(130)包括：

去除通过捕滴器(123)后的氢气中的氧气的脱氧塔(131)；和

去除经过脱氧塔(131)后的氢气中的水分的干燥塔(132)，

其中，至少一个的所述的压力仪表(10)设置在所述的干燥塔(132)中，以检测工作气压。

8.一种低压碱性水电解水制氢系统，其特征在于，包括根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的调节装置。

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