CN215328393U - 气体流量自动调控装置和制氢设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气体流量自动调控装置和制氢设备。该气体流量自动调控装置包括控制器和至少两个气体调节阀；所述至少两个气体调节阀并联在电解槽的气体输出端和所述控制器之间；所述控制器分别控制所述至少两个气体调节阀的开启和关闭。上述装置有效地满足从极低负载产能到大产能的、宽范围的调节控制的需要，而且成本较低，原理简单，运行方便。

Description

气体流量自动调控装置和制氢设备

技术领域

本实用新型属于可再生能源利用技术领域，具体地，属于可再生能源制氢领域，尤其涉及一种气体流量自动调控装置和制氢设备。

背景技术

随着可再生能源制氢的发展趋势，需要更大规模的电解水制氢装备，可再生能源电源的波动性考验着电解水制氢设备中一个重要设备—调节阀性能。在自动化程度较高的电解水制氢自动控制系统中，调节阀作为运行压力自动调节终端执行装置，接收控制信号控制，实现对压力的调节。它的动作灵敏度、调节精度直接关系着系统的安全及气体产品质量。对此如何确保系统安全运行、适应大规模生产、满足宽范围调节是需要研发的一项重要技术应用问题。

发明内容

本实用新型提供了一种气体流量自动调控装置和制氢设备，可以有效地满足从极低负载产能到大产能的、宽范围的调节控制的需要，而且成本较低，原理简单，运行方便。

本实用新型采用以下技术方案实现：

第一方面，本实用新型提供了一种气体流量自动调控装置，所述气体流量自动调控装置包括控制器和至少两个气体调节阀；

所述至少两个气体调节阀并联在电解槽的气体输出端和所述控制器之间；

所述控制器分别控制所述至少两个气体调节阀的开启和关闭。

优选地，所述至少两个气体调节阀包括第一气体调节阀、第二气体调节阀、第三气体调节阀；

优选地，所述第一气体调节阀的额定流量为所述电解槽产能值的a％，所述第二气体调节阀的额定流量为所述电解槽产能值的b％，所述第三气体调节阀的额定流量为所述电解槽产能值的c％，a、b、c是不大于100的正数。

优选地，65≤a≤75，5≤b＜15，15≤c≤25。

优选地，所述至少两个气体调节阀包括第一气体调节阀、第二气体调节阀、第三气体调节阀。

所述第一气体调节阀的额定流量为所述电解槽产能值的70％，所述第二气体调节阀的额定流量为所述电解槽产能值的10％，所述第三气体调节阀的额定流量为所述电解槽产能值的20％。

优选地，所述气体流量自动调控装置，还可以包括第一截止阀，所述第一截止阀与所述第二气体调节阀串联，在气体流动方向上，所述第一截止阀位于所述第二气体调节阀之后。

优选地，所述气体流量自动调控装置，还可以包括第二截止阀，所述第二截止阀与所述第三气体调节阀串联，在气体流动方向上，所述第二截止阀位于所述第三气体调节阀之后。

优选地，所述气体流量自动调控装置，所述第一气体调节阀可以是气动薄膜调节阀，和/或，所述第二气体调节阀可以是开关阀，和/或，所述第三气体调节阀可以是开关阀。

优选地，所述气体流量自动调控装置，所述控制器是PLC控制器或DCS 控制器。

第二方面，本申请提供了一种制氢设备，包括电解槽和气体流量自动调控装置，所述气体流量自动调控装置为上述任意一项所述的气体流量自动调控装置。

优选地，所述电解槽的数量为至少一个，所有电解槽共用一个气体输出端。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果至少包括：

本实用新型的气体流量自动调控装置和制氢设备采用不同类型的和不同额定流量的控制阀组合配置设计，把单台电解槽能源转换降到最低产量的需要，同时也解决了电解水制氢多台设备的大产能问题，即解决了气体从极低负载到大产能的、宽范围的自动调节控制的需要，而且结构简易，成本低廉，控制原理简单，实施过程精确、高效。

附图说明

图1是本实用新型实施例的制氢设备的局部结构示意图。

图2是本实用新型实施例的一种气体流量自动调控装置的控制原理示意图。

图3是本实用新型实施例的另一种气体流量自动调控装置的控制原理示意图。

图中：1、电解槽；2、第一气体调节阀；3、第二气体调节阀；4、第三气体调节阀；5、第一截止阀；6、第二截止阀；7、控制器。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

本实用新型中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本实用新型保护范围内。

参见图1，本实用新型实施例提供了一种气体流量自动调控装置，所述气体流量自动调控装置包括控制器7和至少两个气体调节阀；所述至少两个气体调节阀并联在电解槽1的气体输出端和所述控制器7之间；所述控制器7 分别控制所述至少两个气体调节阀的开启和关闭。

其中，所述至少两个气体调节阀中，气体调节阀的数量可以是2个、3个、 5个、8个等。

在一具体实施方式中，所述至少两个气体调节阀可以包括第一气体调节阀2，第二气体调节阀3，第三气体调节阀4。第一气体调节阀2、第二气体调节阀3、第三气体调节阀4并联连接在电解槽1和控制器7的两端；所述控制器7分别控制第一气体调节阀2、第二气体调节阀3、第三气体调节阀4的开启和关闭；所述第一气体调节阀2、第二气体调节阀3、第三气体调节阀4 可以单独开启和关闭，各个阀门之间互不影响。

本实用新型的一些实施例中，所述第一气体调节阀2的额定流量为所述电解槽产能值的a％，所述第二气体调节阀3的额定流量为所述电解槽产能值的b％，所述第三气体调节阀4的额定流量为所述电解槽产能值的c％。其中， a、b、c是预先设定的数值，优选是不大于100的正数。a的取值例如是30、 40、50、60、70、80，b、c的取值与a类似，此处不做赘述。

由此，用户可以根据实际应用中的性能需求和成本需求，选择额定流量满足具体实施条件的气体调节阀。

在具体实施中，上述参数的取值可以为：65≤a≤75，5≤b＜15，15≤c ≤25。通过设置a、b、c的取值，提供了一种优选工况。

本实用新型的一个优选的实施方式中，所述第一气体调节阀2的额定流量为所述电解槽产能值的70％，所述第二气体调节阀3的额定流量为所述电解槽产能值的10％，所述第三气体调节阀4的额定流量为所述电解槽产能值的20％。

当当前产能值为电解槽产能值的50-60％时，控制器7生成控制指令，控制第一气体调节阀2和第二气体调节阀3开启，同时控制第三气体调节阀4 关闭；当当前产能值为电解槽产能值的60-70％时，控制器7生成控制指令，控制第一气体调节阀2和第三气体调节阀4开启，同时控制第二气体调节阀3 关闭；当当前产能值为大于或等于电解槽产能值的70％时，控制器7生成控制指令，分别控制第一气体调节阀2、第二气体调节阀3和第三气体调节阀4 同时开启。所述电解槽产能值为电解槽1数量固定的条件下，在当前的光伏发电或风能发电的情况下的气体产能值。

在具体实施中，当实际通过的气体流量等于或近似等于气体调节阀的额定流量时，气体调节阀会工作在极限情况下，而长期工作在这种极限状态会大大影响气体调节阀的工作性能，减少其使用寿命且无法保证气体调节阀的使用安全。当当前产能值为电解槽产能值的50-60％时，相比于将所述第一气体调节阀2的额定流量设置为所述电解槽产能值的50％或者60％来说，将所述第一气体调节阀2的额定流量设置为所述电解槽产能值的70％，则允许通过的气体流量可以达到或者接近所述电解槽产能值的70％，使当前产生的全部气体能够实时通过第一气体调节阀2，保障第一气体调节阀2的使用安全可靠，延长其使用寿命，且有效保证其使用安全。

将所述第二气体调节阀3的额定流量设置为所述电解槽产能值的10％、将所述第三气体调节阀4的额定流量设置为所述电解槽产能值的20％的工作原理和技术效果与上述第一气体调节阀2的表述相类似，在此不做赘述。

上述实施方式中，根据当前产能值的大小，充分利用每个气体调节阀的控制范围，使各个阀门达到最优的逻辑控制效果。

本实用新型的一些实施例中，所述第一气体调节阀2是气动薄膜调节阀，和/或，所述第二气体调节阀3是开关阀，和/或，所述第三气体调节阀4是开关阀，所述开关阀，例如可以是气动球阀。气动薄膜调节阀动作力矩比较大，响应灵敏，结构简单，易于维护，安全可靠，但是成本较高；开关阀结构能弥补气动薄膜阀控制流量的不足，反应迅速直截了当，而且简单紧凑，密封可靠，维修方便，成本较低；采用气动薄膜调节阀所在气体输出通道为主要的输出通道，开关阀所在的气体输出通道为辅助的输出通道，也就是，一般优先打开气体薄膜调节阀所在的通道，只有当产能值足够大，气动薄膜调节阀所在通道不足以满足气体流通时，才根据具体情况打开开关阀所在的通道。这样一方面能满足气体输出需要，另一方面节约了设备配置成本。

控制器7可以是PLC控制器或DCS控制器，采用PLC控制器或DCS控制器，控制结构相对成熟，控制性能稳定。

本实用新型的一个优选的实施方式中，所述第一气体调节阀2的控制端配置有控制模块以控制阀门的开启，例如是阀门定位器，所述第一气体调节阀2的控制端连接有第一阀门定位器(图中未示出)，用于输出控制信号，控制第一气体调节阀2的开合度，进而控制第一气体调节阀2所在气体输送管道的气体流量；所述第一阀门定位器采用电气阀门定位器，控制结构相对成熟，控制性能稳定。

继续参见图1，本实用新型的一些实施例中，所述的气体流量自动调控装置，还可以包括第一截止阀5，所述第一截止阀5与所述第二气体调节阀3串联，在气体流动方向上，所述第一截止阀5位于所述第二气体调节阀3之后。

上述实施方式中，在设备初调时或在设备运行过程中，根据所述第二气体调节阀3的当前阀门的结构紧凑程度和气体流量，对所述第一截止阀5的开合度进行适当的调整，以使第二气体调节阀3所在管道气体的输出过程能更为稳定。

本实用新型的一些实施例中，所述的气体流量自动调控装置，还可以包括第二截止阀6，所述第二截止阀6与所述第三气体调节阀4串联，在气体流动方向上，所述第二截止阀6位于所述第三气体调节阀4之后。

上述实施方式中，在设备初调时或在设备运行过程中，根据所述第三气体调节阀4的当前阀门的结构紧凑程度和气体流量，对所述第二截止阀6的开合度进行适当的调整，以使第三气体调节阀4所在管道气体的输出过程能更为稳定。

综上，在一定程度上，分别在第二气体调节阀3和第三气体调节阀4后，串联第一截止阀5和第二截止阀6，是对第二气体调节阀3和第三气体调节阀 4的有益的修正和有效的优化，改善了调节阀的工作负荷，使气体输出过程安全、可靠，且效率更高。

本申请实施例提供了一种制氢设备，该制氢设备包括电解槽1和气体流量自动调控装置，所述气体流量自动调控装置为上述任意一项所述的气体流量自动调控装置。

将可再生能源转化为电能，再将电能转换成为可存储的气体，在能源日益减少的现实情况下，具有重大的社会意义。

本实用新型的一些实施例中，所述电解槽1的数量为至少一个，所有电解槽1共用一个气体输出端。

多个电解槽1同时利用，既能充分利用可再生资源，又可以有效发挥气体流量自动调控装置的作用，实现大规模、宽范围的生产需要。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下，在实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，所有的这些改变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气体流量自动调控装置，其特征在于，所述气体流量自动调控装置包括控制器和至少两个气体调节阀；

所述至少两个气体调节阀并联在电解槽的气体输出端和所述控制器之间；

所述控制器分别控制所述至少两个气体调节阀的开启和关闭。

2.根据权利要求1所述气体流量自动调控装置，其特征在于，所述至少两个气体调节阀包括第一气体调节阀、第二气体调节阀和第三气体调节阀；

所述第一气体调节阀的额定流量为所述电解槽产能值的a％，所述第二气体调节阀的额定流量为所述电解槽产能值的b％，所述第三气体调节阀的额定流量为所述电解槽产能值的c％，a、b、c是不大于100的正数。

3.根据权利要求2所述气体流量自动调控装置，其特征在于，65≤a≤75，5≤b＜15，15≤c≤25。

4.根据权利要求1所述的气体流量自动调控装置，其特征在于，所述至少两个气体调节阀包括第一气体调节阀、第二气体调节阀和第三气体调节阀；

所述第一气体调节阀的额定流量为所述电解槽产能值的70％，所述第二气体调节阀的额定流量为所述电解槽产能值的10％，所述第三气体调节阀的额定流量为所述电解槽产能值的20％。

5.根据权利要求2至4任意一项所述的气体流量自动调控装置，其特征在于，还包括第一截止阀，所述第一截止阀与所述第二气体调节阀串联，在气体流动方向上，所述第一截止阀位于所述第二气体调节阀之后。

6.根据权利要求2至4任意一项所述的气体流量自动调控装置，其特征在于，还包括第二截止阀，所述第二截止阀与所述第三气体调节阀串联，在气体流动方向上，所述第二截止阀位于所述第三气体调节阀之后。

7.根据权利要求2至4任意一项所述的气体流量自动调控装置，其特征在于，所述第一气体调节阀是气动薄膜调节阀，和/或，所述第二气体调节阀是开关阀，和/或，所述第三气体调节阀是开关阀。

8.根据权利要求1所述的气体流量自动调控装置，其特征在于，所述控制器是PLC控制器或DCS控制器。

9.一种制氢设备，其特征在于，包括电解槽和气体流量自动调控装置，所述气体流量自动调控装置为权利要求1至8任意一项所述的气体流量自动调控装置。

10.根据权利要求9所述的制氢设备，其特征在于，所述电解槽的数量为至少一个，所有电解槽共用一个气体输出端。

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