CN217418824U - 水电解装置及具有其的制氢系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种水电解装置及具有其的制氢系统，水电解装置包括：水电解组件，水电解组件包括电解槽、纯水机和电加热器，纯水机与电解槽连接，纯水机能够向电解槽提供电解溶液，电解槽能够制得氢气和氧气，电加热器能够对纯水机内的电解溶液进行加热；燃料电池，燃料电池具有输入端和电能输出端，电解槽的输出端与输入端连通，电能输出端与电加热器电连接。通过本申请提供的技术方案，能够解决现有技术中的水电解装置的环境温度无法保持的问题。

Description

水电解装置及具有其的制氢系统

技术领域

本实用新型涉及制氢系统技术领域，具体而言，涉及一种水电解装置及具有其的制氢系统。

背景技术

水电解装置中包括纯水机和电解槽，纯水机能够向电解槽提供电解溶液，纯水机和电解槽的环境温度要求保持在5℃左右，纯水机和电解槽的环境温度低于要求值会导致纯水机和电解槽的使用性能降低，并且会提高纯水机和电解槽内的管路等元件爆裂的可能性。目前，当纯水机和电解槽所处的环境温度低于5℃时，通常采用市电来进行供暖，但这样将会增加碳排放、提高生产成本，并且部分水电解装置位于偏于地区，市电无法送达，如此会对水电解装置的安全性带来了很大的风险。

实用新型内容

本实用新型提供一种水电解装置及具有其的制氢系统，以解决现有技术中的水电解装置的环境温度无法保持的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种水电解装置，水电解装置包括：水电解组件，水电解组件包括电解槽、纯水机和电加热器，纯水机与电解槽连接，纯水机能够向电解槽提供电解溶液，电解槽能够制得氢气和氧气，电加热器能够对纯水机内的电解溶液进行加热；燃料电池，燃料电池具有输入端和电能输出端，电解槽的输出端与输入端连通，电能输出端与电加热器电连接。

进一步地，燃料电池内具有电池组件和冷却通道，冷却通道能够对电池组件进行降温，水电解装置还包括电解槽间，电解槽间设置有加热部，冷却通道能够与加热部进行热交换，以通过冷却通道对加热部进行加热。

进一步地，水电解装置还包括：液体储罐，液体储罐内设置有换热管路，换热管路与冷却通道连通，液体储罐与加热部连通。

进一步地，换热管路环形盘绕在液体储罐内。

进一步地，冷却通道具有液体进口和液体出口，换热管路具有第一入口和第一出口，第一入口和液体出口通过第一管路连通，第一管路上设置有第一控制阀；第一出口和液体进口通过第二管路连通，第二管路上设置有第二控制阀。

进一步地，加热部具有第二入口和第二出口，液体储罐具有第三入口和第三出口，第二入口和第三出口通过第三管路连通，第三管路上设置有第三控制阀；第二出口和第三入口通过第四管路连通，第四管路上设置有第四控制阀。

进一步地，电解槽具有氧气出口和氢气出口，水电解组件还包括：第一氧气气液分离器，第一氧气气液分离器的入口与电解槽的氧气出口连接；氧气换热器，氧气换热器的进口与第一氧气气液分离器的出口连接；氧气储罐，与氧气换热器的出口连接，氧气储罐和燃料电池的输入端之间具有第五管路，氧气储罐通过第五管路将氧气输送至燃料电池内，第五管路上设置有第一切断阀。

进一步地，氧气储罐具有第六管路，第六管路上设置有第二切断阀，第六管路与第五管路连接，且第六管路与第五管路的连接位置位于第二切断阀的上游。

进一步地，水电解组件还包括：第一氢气气液分离器，第一氢气气液分离器的入口与电解槽的氢气出口连接；氢气换热器，氢气换热器的进口与第一氢气气液分离器的出口连接；氢气储罐，与氢气换热器的出口连接，氢气储罐和燃料电池的输入端之间具有第七管路，氢气储罐通过第七管路将氢气输送至燃料电池内，第七管路上设置有第三切断阀。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种制氢系统，制氢系统包括供电装置和上述水电解装置，供电装置和水电解装置连接，供电装置通过水电解装置制得的氢气和氧气提供电能。

应用本实用新型的技术方案，燃料电池能够利用电解槽制得的氢气和氧气进行反应得到电能，电加热器能够利用该电能对纯水机内电解溶液进行加热。采用上述结构，水电解装置能够利用自身产生的氢气和氧气产生电能来维持纯水机的环境温度。当水电解装置制氢气和氧气时，纯水机能够正常运行，并且能够保证进入电解槽内的电解溶液的温度，进一步地保证水电解装置的安全性。同时，水电解装置需要维持的温度较低，所需氧气和氢气的流量较少，并且氢气和氧气为清洁能源，如此设置，能够降低能源的消耗，减少碳排放，同时降低生产成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型实施例提供的水电解装置的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

11、电解槽；111、加热部；12、纯水机；

20、燃料电池；

30、液体储罐；31、换热管路；32、第一管路；33、第二管路；34、第三管路；35、第四管路；

41、第一氧气气液分离器；42、氧气换热器；43、氧气储罐；44、第五管路；441、第一切断阀；45、第六管路；451、第二切断阀；

51、第一氢气气液分离器；52、氢气换热器；53、氢气储罐；54、第七管路；541、第三切断阀；55、第八管路；551、第四切断阀。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本申请提供一种水电解装置，该水电解装置包括水电解组件和燃料电池20。水电解组件包括电解槽11、纯水机12和电加热器，纯水机12与电解槽11连接，纯水机12能够向电解槽11提供电解溶液，电解槽11能够制得氢气和氧气，电加热器能够对纯水机12内的电解溶液进行加热。燃料电池20具有输入端和电能输出端，电解槽11的输出端与输入端连通，电能输出端与电加热器电连接。

应用本申请的技术方案，燃料电池20能够利用电解槽11制得的氢气和氧气进行反应得到电能，电加热器能够利用该电能对纯水机12内电解溶液进行加热。采用上述结构，水电解装置能够利用自身产生的氢气和氧气产生电能来维持纯水机12的环境温度。当水电解装置制氢气和氧气时，纯水机12能够正常运行，并且能够保证进入电解槽11内的电解溶液的温度，进一步地保证水电解装置的安全性。同时，水电解装置需要维持的温度较低，所需氧气和氢气的流量较少，并且氢气和氧气为清洁能源，如此设置，能够降低能源的消耗，减少碳排放，同时降低生产成本。

其中，燃料电池20内具有电池组件和冷却通道，冷却通道能够对电池组件进行降温，水电解装置还包括电解槽间，电解槽间设置有加热部111，冷却通道能够与加热部111进行热交换，以通过冷却通道对加热部111进行加热。燃料电池20在工作过程中，冷却通道内的液体能够对燃料电池20进行降温，冷却通道能够对加热部111进行加热，从而能够保证电解槽间的温度，进而能够维持电解槽11的温度。如此设置，能够利用燃料电池20在工作过程中产生的热能来维持电解槽11的温度，进一步地能够保证水电解装置的环境温度，进而保证水电解装置的安全性。并且，在本申请中，燃料电池20产生的电能对纯水机12进行保温，产生的热能对电解槽11进行保温，将电能和热能分开利用，能够提高燃料电池20反应产生的能量的利用率，同时能够减小燃料电池20产生爆炸的可能性，保证燃料电池20的安全运行。

进一步地，水电解装置还包括液体储罐30，液体储罐30内设置有换热管路31，换热管路31与冷却通道连通，液体储罐30与加热部111连通。冷却通道内的液体流通至换热管路31内与液体储罐30内的液体进行换热，液体储罐30内的液体输送至加热部111内，对电解槽11进行保温。如此设置便于对加热部111的温度进行调节和控制，从而能够保证加热部111的加热效果。

具体地，换热管路31环形盘绕在液体储罐30内。采用上述结构，能够提高换热管路31内的液体和液体储罐30内的换热效果，提高两者之间的换热效率，并且能够保证加热部111内的温度均匀，进一步地保证加热部111的加热效果。

其中，冷却通道具有液体进口和液体出口，换热管路31具有第一入口和第一出口，第一入口和液体出口通过第一管路32连通，第一管路32上设置有第一控制阀；第一出口和液体进口通过第二管路33连通，第二管路33上设置有第二控制阀。冷却通道内的液体通过第一管路32进入换热管路31内，与液体储罐30内的液体完成换热后，通过第二管路33返回至冷却通道内对燃料电池20进行冷却处理，并且在第一管路32上设置有第一控制阀，在第二管路33上设置有第二控制阀。采用上述结构，在对燃料电池20进行降温的同时能够充分利用燃料电池20产生的热量，实现了热量回收，提高了燃料电池20产生的能量的利用率。同时第一控制阀和第二控制阀能够控制第一管路32和第二管路33内的液体的流通与停止，提高了装置的可控性，并且便于对第一管路32和第二管路33进行维修和替换。

具体地，加热部111具有第二入口和第二出口，液体储罐30具有第三入口和第三出口，第二入口和第三出口通过第三管路34连通，第三管路34上设置有第三控制阀；第二出口和第三入口通过第四管路35连通，第四管路35上设置有第四控制阀。液体储罐30内的液体通过第三管路34进入加热部111内，对电解槽11进行保温，再通过第四管路35返回至液体储罐30内与换热管路31内的液体进行换热处理，并且在第三管路34上设置有第三控制阀，在第四管路35上设置有第四控制阀。采用上述结构，液体储罐30和加热部111内的液体在循环过程中能够对电解槽11进行保温，结构简单，便于安装于实施，并且保证了电解槽11工作的正常运行。同时第三控制阀和第四控制阀能够控制第三管路34和第四管路35内的液体的流通与停止，提高了装置的可控性，并且便于对第三管路34和第四管路35进行维修和替换。

其中，电解槽11具有氧气出口和氢气出口，水电解组件还包括第一氧气气液分离器41、氧气换热器42和氧气储罐43。第一氧气气液分离器41的入口与电解槽11的氧气出口连接，氧气换热器42的进口与第一氧气气液分离器41的出口连接。氧气储罐43与氧气换热器42的出口连接，氧气储罐43和燃料电池20的输入端之间具有第五管路44，氧气储罐43通过第五管路44将氧气输送至燃料电池20内，第五管路44上设置有第一切断阀441。第一氧气气液分离器41能够将氧气和电解槽11制得的氧气中附带的液体进行分离，保证氧气的纯度，氧气换热器42能够对氧气进行降温处理，进一步地分离出氧气和液体，进一步地保证氧气储罐43内的氧气的纯度。第一切断阀441能够控制氧气的输送，第一切断阀441打开时，氧气能够通过第五管路44输送至燃料电池20内；第一切断阀441关闭后，氧气停止输送。

可选地，可以在氧气换热器42和氧气储罐43内增设第二氧气气液分离器，对氧气进行二次分离，确保氧气的纯度。其中，氧气气液分离器具有立式和卧式两种类型。第一氧气气液分离器41和第二氧气气液分离器可以均为立式氧气气液分离器；也可以均为卧式氧气气液分离器；也可以其中一个为立式氧气气液分离器，另一个为卧式氧气气液分离器。在本实施例中，第一氧气气液分离器41为卧式氧气气液分离器，能够对大量的氧气进行分离处理，第二氧气气液分离器为立式氧气气液分离器，能够快速的对氧气进行分离处理。

进一步地，氧气储罐43具有第六管路45，第六管路45上设置有第二切断阀451，第六管路45与第五管路44连接，且第六管路45与第五管路44的连接位置位于第二切断阀451的上游。第二切断阀451能够控制氧气储罐43内的氧气输送，第二切断阀451打开时，氧气能够输送至外界；第二切断阀451关闭后，氧气停止输送。第六管路45与第五管路44的连接位置位于第二切断阀451的上游，如此在关闭第二切断阀451后，氧气储罐43内的气体能够输送至燃料电池20内，保证燃料电池20的正常运行。

其中，水电解组件还包括第一氢气气液分离器51、氢气换热器52和氢气储罐53。第一氢气气液分离器51的入口与电解槽11的氢气出口连接，氢气换热器52的进口与第一氢气气液分离器51的出口连接。氢气储罐53与氢气换热器52的出口连接，氢气储罐53和燃料电池20的输入端之间具有第七管路54，氢气储罐53通过第七管路54将氢气输送至燃料电池20内，第七管路54上设置有第三切断阀541。第一氢气气液分离器51能够将氢气和电解槽11制得的氢气中附带的液体进行分离，保证氢气的纯度，氢气换热器52能够对氢气进行降温处理，进一步地分离出氢气和液体，进一步地保证氢气储罐53内的氢气的纯度。第三切断阀541能够控制氢气的输送，第三切断阀541打开时，氢气能够通过第七管路54输送至燃料电池20内；第三切断阀541关闭后，氢气停止输送。

可选地，可以在氢气换热器52和氢气储罐53内增设第二氢气气液分离器，对氢气进行二次分离，确保氢气的纯度。其中，氢气气液分离器具有立式和卧式两种类型。第一氢气气液分离器51和第二氢气气液分离器可以均为立式氢气气液分离器；也可以均为卧式氢气气液分离器；也可以其中一个为立式氢气气液分离器，另一个为卧式氢气气液分离器。在本实施例中，第一氢气气液分离器51为卧式氢气气液分离器，能够对大量的氢气进行分离处理，第二氢气气液分离器为立式氢气气液分离器，能够快速的对氢气进行分离处理。

进一步地，氢气储罐53具有第八管路55，第八管路55上设置有第四切断阀551，第八管路55与第七管路54连接，且第八管路55与第七管路54的连接位置位于第四切断阀551的上游。第三切断阀541能够控制氢气储罐53内的氢气输送，第三切断阀541打开时，氢气能够输送至外界；第三切断阀541关闭后，氢气停止输送。第八管路55与第七管路54的连接位置位于第四切断阀551的上游，如此在关闭第四切断阀551后，氢气储罐53内的气体能够输送至燃料电池20内，保证燃料电池20的正常运行。

本申请又一实施例提供了一种制氢系统，制氢系统包括供电装置和上述水电解装置，供电装置和水电解装置连接，供电装置通过水电解装置制得的氢气和氧气提供电能。其中，制氢系统可以为新能源制氢供电系统。如此设置，能够保证制氢系统运行的稳定性和安全性，保证制氢系统的正常运行。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水电解装置，其特征在于，所述水电解装置包括：

水电解组件，所述水电解组件包括电解槽(11)、纯水机(12)和电加热器，所述纯水机(12)与所述电解槽(11)连接，所述纯水机(12)能够向所述电解槽(11)提供电解溶液，所述电解槽(11)能够制得氢气和氧气，所述电加热器能够对所述纯水机(12)内的电解溶液进行加热；

燃料电池(20)，所述燃料电池(20)具有输入端和电能输出端，所述电解槽(11)的输出端与所述输入端连通，所述电能输出端与所述电加热器电连接。

2.根据权利要求1所述的水电解装置，其特征在于，所述燃料电池(20)内具有电池组件和冷却通道，所述冷却通道能够对所述电池组件进行降温，所述水电解装置还包括电解槽(11)间，所述电解槽(11)间设置有加热部(111)，所述冷却通道能够与所述加热部(111)进行热交换，以通过所述冷却通道对所述加热部(111)进行加热。

3.根据权利要求2所述的水电解装置，其特征在于，所述水电解装置还包括：

液体储罐(30)，所述液体储罐(30)内设置有换热管路(31)，所述换热管路(31)与所述冷却通道连通，所述液体储罐(30)与所述加热部(111)连通。

4.根据权利要求3所述的水电解装置，其特征在于，所述换热管路(31)环形盘绕在所述液体储罐(30)内。

5.根据权利要求3所述的水电解装置，其特征在于，所述冷却通道具有液体进口和液体出口，所述换热管路(31)具有第一入口和第一出口，所述第一入口和所述液体出口通过第一管路(32)连通，所述第一管路(32)上设置有第一控制阀；所述第一出口和所述液体进口通过第二管路(33)连通，所述第二管路(33)上设置有第二控制阀。

6.根据权利要求3所述的水电解装置，其特征在于，所述加热部(111)具有第二入口和第二出口，所述液体储罐(30)具有第三入口和第三出口，所述第二入口和所述第三出口通过第三管路(34)连通，所述第三管路(34)上设置有第三控制阀；所述第二出口和所述第三入口通过第四管路(35)连通，所述第四管路(35)上设置有第四控制阀。

7.根据权利要求1所述的水电解装置，其特征在于，所述电解槽(11)具有氧气出口和氢气出口，所述水电解组件还包括：

第一氧气气液分离器(41)，所述第一氧气气液分离器(41)的入口与所述电解槽(11)的氧气出口连接；

氧气换热器(42)，所述氧气换热器(42)的进口与所述第一氧气气液分离器(41)的出口连接；

氧气储罐(43)，与所述氧气换热器(42)的出口连接，所述氧气储罐(43)和所述燃料电池(20)的输入端之间具有第五管路(44)，所述氧气储罐(43)通过所述第五管路(44)将氧气输送至所述燃料电池(20)内，所述第五管路(44)上设置有第一切断阀(441)。

8.根据权利要求7所述的水电解装置，其特征在于，所述氧气储罐(43)具有第六管路(45)，所述第六管路(45)上设置有第二切断阀(451)，所述第六管路(45)与所述第五管路(44)连接，且所述第六管路(45)与所述第五管路(44)的连接位置位于所述第二切断阀(451)的上游。

9.根据权利要求1所述的水电解装置，其特征在于，所述水电解组件还包括：

第一氢气气液分离器(51)，所述第一氢气气液分离器(51)的入口与所述电解槽(11)的氢气出口连接；

氢气换热器(52)，所述氢气换热器(52)的进口与所述第一氢气气液分离器(51)的出口连接；

氢气储罐(53)，与所述氢气换热器(52)的出口连接，所述氢气储罐(53)和所述燃料电池(20)的输入端之间具有第七管路(54)，所述氢气储罐(53)通过所述第七管路(54)将氢气输送至所述燃料电池(20)内，所述第七管路(54)上设置有第三切断阀(541)。

10.一种制氢系统，其特征在于，所述制氢系统包括供电装置和权利要求1至9中任一项所述的水电解装置，所述供电装置和所述水电解装置连接，所述供电装置通过所述水电解装置制得的氢气和氧气提供电能。

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