CN216998608U - 一种电解制氢热能循环利用系统 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种电解制氢热能循环利用系统，包括通过管路依次首尾连接的电解槽、氢分离器和碱液冷却器形成的第一循环回路，还包括氧分离器，所述氧分离器通过管路与所述碱液冷却器和所述电解槽依次首尾连接形成第二循环回路，还包括除盐水装置，所述除盐水装置包括通过管路依次连接的原水箱、反渗透元件和产水水箱，通过设置冷却水系统的冷却水依次经过所述碱液冷却器和所述反渗透元件以对所述反渗透元件进行换热，利用水电解制氢废热换热除盐水装置，使除盐水装置水温能够保证在恒定温度，不因受水温影响导致装置的产水量下降，有效的保证除盐水装置处在高效的运行状态下。

Description

一种电解制氢热能循环利用系统

技术领域

本申请涉及电解制氢技术领域，尤其涉及一种电解制氢热能循环利用系统。

背景技术

电解槽装置在运行过程中需要不时地补充原料水，需配有除盐水装置为电解槽供应原料水，除盐水装置采用双极反渗透工艺，但是，反渗透膜元件对于水温的变化十分敏感，一般设备制造厂家设计产量是在水温25℃下进行设计的，在相同的压力下，温度每上升或者下降1℃时，产水量可增大或降低3-4％。若在寒冷地区水温较低产水量会急剧下降，同样产废水比例升高，能耗增加。传统采用外部蒸汽或者电热源对纯水工艺进行伴热，以维持运行温度，需要产生额外的能耗。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的目的在于提出一种电解制氢热能循环利用系统，通过设置冷却水系统的冷却水依次经过所述碱液冷却器和所述反渗透元件以对所述反渗透元件进行换热，利用水电解制氢废热换热除盐水装置，使除盐水装置水温能够保证在恒定温度，不因受水温影响导致装置的产水量下降，有效的保证除盐水装置处在高效的运行状态下。

为达到上述目的，本申请提出的一种电解制氢热能循环利用系统，包括通过管路依次首尾连接的电解槽、氢分离器和碱液冷却器形成的第一循环回路，还包括氧分离器，所述氧分离器通过管路与所述碱液冷却器和所述电解槽依次首尾连接形成第二循环回路，还包括除盐水装置，所述除盐水装置包括通过管路依次连接的原水箱、反渗透元件和产水水箱，所述原水箱用于注入原料水，还包括冷却水系统，所述冷却水系统的冷却水依次经过所述碱液冷却器和所述反渗透元件以对所述反渗透元件进行换热。

进一步地，所述冷却水系统包括经过所述碱液冷却器和所述反渗透元件的循环管路，其中，在所述反渗透元件流向所述碱液冷却器的方向上，所述循环管路上依次设置有凉水塔和气动薄膜调阀；在所述碱液冷却器流向所述反渗透元件的方向上，所述循环管路上设置有调节阀。

进一步地，还包括通过管路与所述氢分离器连接的氢换热器以及通过管路与所述氧分离器连接的氧换热器，所述氢换热器和所述氧换热器的冷却水进水口通过管路连接于所述气动薄膜调阀和所述碱液冷却器之间的循环管路上，所述氢换热器和所述氧换热器的冷却水出口连接于所述碱液冷却器和所述调节阀之间的循环管路上。

进一步地，还包括通过管路与所述氢换热器连接的氢洗涤器和通过管路与所述氧换热器连接的氧洗涤器，所述氢洗涤器连接有氢气排管，所述氧洗涤器连接有氧气排管。

进一步地，所述除盐水装置还包括设置于所述原水箱和所述反渗透元件之间管路上的水泵和过滤装置。

进一步地，还包括控制柜，所述调节阀和所述控制柜电连接。

进一步地，所述反渗透元件的产水口设置有第一流量计，所述反渗透元件的废水口设置有第二流量计，所述第一流量计和所述第二流量计分别和所述控制柜电连接。

进一步地，所述反渗透元件的产水口处设置有温度传感器，所述温度传感器和所述控制柜电连接。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请一实施例提出的一种电解制氢热能循环利用系统的局部结构示意图一；

图2是本申请另一实施例提出的一种电解制氢热能循环利用系统的局部结构示意图二。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

图1和图2是本申请一实施例提出的一种电解制氢热能循环利用系统的结构示意图。

参见图1和图2，一种电解制氢热能循环利用系统，包括通过管路依次首尾连接的电解槽1、氢分离器2和碱液冷却器3形成的第一循环回路，还包括氧分离器4，所述氧分离器4通过管路与所述碱液冷却器3和所述电解槽1依次首尾连接形成第二循环回路，还包括除盐水装置，所述除盐水装置包括通过管路依次连接的原水箱5、反渗透元件6和产水水箱7，所述原水箱5用于注入原料水，还包括冷却水系统，所述冷却水系统的冷却水依次经过所述碱液冷却器3和所述反渗透元件6以对所述反渗透元件6进行换热。

本实施例中，第一循环回路和第二循环回路构成电解制氢系统100，除盐水装置在对原水进行除盐过滤处理后用于电解制氢系统100进行补水，具体地，除盐水装置产出的水通过补水泵分别进入氢、氧洗涤器，然后通过洗涤器溢流管进入氢、氧分离器与碱液汇合后经碱液循环泵进入电解槽被电解消耗，在其他实施例中，除盐水装置产出的水也可以直接对电解槽1内进行补水。冷却水系统用于对电解制氢系统的碱液冷却器3进行冷却，以便于回流到电解槽1的碱液温度符合要求，在本申请中，通过对冷却水系统进行改进设计，使其绕经碱液冷却器和除盐水装置的反渗透元件，对电解制氢系统的废热进行利用，用以维持反渗透元件在恒定温度，保证除盐水装置的产水效率。

所述冷却水系统包括经过所述碱液冷却器3和所述反渗透元件6的循环管路8，其中，在所述反渗透元件6流向所述碱液冷却器3的方向上，所述循环管路8上依次设置有凉水塔9和气动薄膜调阀10；在所述碱液冷却器3流向所述反渗透元件6的方向上，所述循环管路8上设置有调节阀13。

本实施例中，在所述反渗透元件6流向所述碱液冷却器3的方向上，即冷却水和反渗透元件6换热完成后回流，冷却水经过循环具有较低的温度，在循环管路8上设置气动薄膜调节阀10，冷却水通过气动薄膜调节阀10控制进入碱液冷却器中，根据循环碱液温度的高低自动控制冷却水量，从而达到控制电解槽温度的目的。凉水塔9用来对回流至碱液冷却器3或者换热器的冷却水进一步降温，保证其具有较好的冷却效果。在其他实施例中，还可以通过凉水塔9对冷却水系统进行补液，便于即时补充，为了提高冷却水系统内的冷却水的循环效率，还可以在凉水塔9和气动薄膜调阀10之间设置冷却循环水泵，提高冷却水系统对电解制氢系统的冷却效果。在所述碱液冷却器3流向所述反渗透元件6的方向上，循环管路8上设置调节阀13，通过对调节阀13开度的调节，控制冷却水流经反渗透元件的水量，进而控制反渗透元件的换热温度，使其具有较高的产水效率。

来自水电解制氢装置换热后的冷却循环水，先经过调节阀13调节流量后进入除盐水装置的反渗透元件进行换热，换热后进入凉水塔9。

一种电解制氢热能循环利用系统还包括通过管路与所述氢分离器2连接的氢换热器11以及通过管路与所述氧分离器4连接的氧换热器12，所述氢换热器11和所述氧换热器12的冷却水进水口通过管路连接于所述气动薄膜调阀10和所述碱液冷却器3之间的循环管路8上，所述氢换热器11和所述氧换热器12的冷却水出口连接于所述碱液冷却器3和所述调节阀13之间的循环管路上。

本实施例中，通过将氢换热器11和氧换热器12接入冷却水系统中进行换热循环，进一步提升冷却水系统对电解制氢系统废热的利用，冷却水系统与电解制氢系统换热后的冷却水换热的温度更高，进而有利于对反渗透元件的温度的保持。

一种电解制氢热能循环利用系统还包括通过管路与所述氢换热器11连接的氢洗涤器14和通过管路与所述氧换热器12连接的氧洗涤器15，所述氢洗涤器14连接有氢气排管，所述氧洗涤器15连接有氧气排管。电解槽1产出的氢气经过氢洗涤器的洗涤后从氢气排管排出，产出的氧气经过氧洗涤器洗涤后从氧气排管排出，从而得到纯净的氢气和氧气，便于后续利用。

所述除盐水装置还包括设置于所述原水箱5和所述反渗透元件6之间管路上的水泵16和过滤装置17。本实施例中，过滤装置17具体包括通过管路并联设置的砂滤器，保证水流量的情况下实现对原水的过滤，方便反渗透元件6的处理，也有利于提高反渗透元件的使用寿命。水泵则有利于提高除盐水装置产水效率。

一种电解制氢热能循环利用系统还包括控制柜18，所述调节阀13和所述控制柜18电连接。通过设置控制柜18可以实现对调节阀13的远程控制，实现自动化远程操作。

所述反渗透元件6的产水口设置有第一流量计19，所述反渗透元件6的废水口设置有第二流量计20，所述第一流量计19和所述第二流量计20分别和所述控制柜18电连接。通过对反渗透元件6的产水口和废水口的流量监控，进而调节调节阀的开度大小，可以根据反渗透元件的产水情况通过调节调节阀的开度精准调控反渗透元件的温度，进而保证除盐水装置不受外接环境影响，始终保持较高的产水效率。

所述反渗透元件6的产水口处设置有温度传感器，所述温度传感器和所述控制柜18电连接。通过在反渗透元件6产水口处设置温度传感器，进一步确认反渗透元件的产水温度，避免控制柜的误判，提高系统的稳定性。

一种电解制氢热能循环利用系统的控制方法，应用于上述的电解制氢热能循环利用系统，包括如下步骤，通过设于反渗透元件6产水口处第一流量计19获取反渗透元件6的产水水量；通过设于反渗透元件6废水口处的第二流量计20获取反渗透元件6的废水水量；将所述产水水量和所述废水水量的比值与预设值进行比较；根据比较结果对调节阀进行控制。

本实施例中，根据第一流量计19和第二流量计20产水和废水比例来监测除盐水装置是否符合产量要求，预设值通常为3，即除盐水装置设计产水量约为产废水量的3倍，此时除盐水装置工况良好，无需干预，当这一比值产生变化，则需要及时对调节阀进行调节，调节反渗透元件的温度，使其产水水量和所述废水水量的比值达到预设要求。

一种电解制氢热能循环利用系统的控制方法，根据比较结果对调节阀进行控制具体包括：当所述比值小于预设值时，增大所述调节阀13的开度；当所述比值大于所述预设值时，减小所述调节阀13的开度。具体地，调大调节阀的开度，则水流量增大，反渗透元件的温度升高，产水量增加，调小调节阀的开度，则水流量减小，反渗透元件的温度降低，产水量减小。

一种电解制氢热能循环利用系统的控制方法还包括通过设置于所述反渗透元件6产水口处的温度传感器的获取所述反渗透元件6的产水温度；将所述产水温度与预设温度进行比较，当所述产水温度小于预设温度时，增大所述调节阀的开度；当所述产水温度小于所述预设温度时，减小所述调节阀的开度。

具体地，预设温度为25℃，以反渗透元件出口水温25℃为温度控制点，控制调节阀开度，当反渗透元件出水温度25℃时调节阀阀门开度50％，当温度低于25℃时调节阀阀门适当调大开度，当调节阀温度高于25℃时，阀门适当关闭。从而保证除盐水装置产水率不受环境温度影响，这样一是保证了产能，同时也减少了浓盐水工业废水的排污量；二是也分担了一部分循坏凉水塔换热做工，减少了装置的能耗。

本申请中，以的流量传感器监测为主，监测产水水量和浓盐水产废量，以反渗透元件出口的温度为辅助，来判断除盐水装置是否因为反渗透元件换热不足导致水温过低影响产量，若监测产量异常会反馈到控制系统，控制系统给调节阀门传达信号，调节阀门执行信号指令调节阀门的开关量，以此来调节反渗透元件温度，从而达到装置的高效运行，减少浓盐水(废水)产废量以及降低运行成本。

需要说明的是，在本申请的描述中，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。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

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申请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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种电解制氢热能循环利用系统，其特征在于，包括通过管路依次首尾连接的电解槽、氢分离器和碱液冷却器形成的第一循环回路，还包括氧分离器，所述氧分离器通过管路与所述碱液冷却器和所述电解槽依次首尾连接形成第二循环回路，还包括除盐水装置，所述除盐水装置包括通过管路依次连接的原水箱、反渗透元件和产水水箱，所述原水箱用于注入原料水，还包括冷却水系统，所述冷却水系统的冷却水依次经过所述碱液冷却器和所述反渗透元件以对所述反渗透元件进行换热。

2.如权利要求1所述的电解制氢热能循环利用系统，其特征在于，所述冷却水系统包括经过所述碱液冷却器和所述反渗透元件的循环管路，其中，在所述反渗透元件流向所述碱液冷却器的方向上，所述循环管路上依次设置有凉水塔和气动薄膜调阀；在所述碱液冷却器流向所述反渗透元件的方向上，所述循环管路上设置有调节阀。

3.如权利要求2所述的电解制氢热能循环利用系统，其特征在于，还包括通过管路与所述氢分离器连接的氢换热器以及通过管路与所述氧分离器连接的氧换热器，所述氢换热器和所述氧换热器的冷却水进水口通过管路连接于所述气动薄膜调阀和所述碱液冷却器之间的循环管路上，所述氢换热器和所述氧换热器的冷却水出口连接于所述碱液冷却器和所述调节阀之间的循环管路上。

4.如权利要求3所述的电解制氢热能循环利用系统，其特征在于，还包括通过管路与所述氢换热器连接的氢洗涤器和通过管路与所述氧换热器连接的氧洗涤器，所述氢洗涤器连接有氢气排管，所述氧洗涤器连接有氧气排管。

5.如权利要求1所述的电解制氢热能循环利用系统，其特征在于，所述除盐水装置还包括设置于所述原水箱和所述反渗透元件之间管路上的水泵和过滤装置。

6.如权利要求2所述的电解制氢热能循环利用系统，其特征在于，还包括控制柜，所述调节阀和所述控制柜电连接。

7.如权利要求6所述的电解制氢热能循环利用系统，其特征在于，所述反渗透元件的产水口设置有第一流量计，所述反渗透元件的废水口设置有第二流量计，所述第一流量计和所述第二流量计分别和所述控制柜电连接。

8.如权利要求6所述的电解制氢热能循环利用系统，其特征在于，所述反渗透元件的产水口处设置有温度传感器，所述温度传感器和所述控制柜电连接。

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