CN217757692U - 一种用于水电解制氢的余热利用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于水电解制氢的余热利用装置，包括冷却器、蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀和脱氧加热器；蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀通过各自的循环工质进出口依次首尾相连，形成供循环工质流通的第一闭环回路；冷却器和蒸发器通过各自的循环介质进出口依次首尾相连，形成供循环介质流通的第二闭环回路；冷凝器和脱氧加热器通过冷凝器的氢气出口和脱氧加热器的氢气进口相连形成氢气通路；第一闭环回路和第二闭环回路通过蒸发器并联，第一闭环回路和氢气通路通过冷凝器并联，第二闭环回路中设有驱动循环介质流动的循环泵。本实用新型能有效利用水电解制氢过程中的各种余热，减少外部制热系统的电能消耗，提高能源利用效率。

Description

一种用于水电解制氢的余热利用装置

技术领域

本实用新型属于制氢领域，具体地说涉及一种用于水电解制氢的余热利用装置。

背景技术

氢气是一种清洁环保的二次能源，目前主要的制氢工艺包括水电解制氢、光/热催化制氢、矿物燃料制氢以及生物制氢。其中，水电解制氢可用于消纳光伏、风电等可再生能源产生的弃电，将电能转化为氢能，具有氢气纯度高、生产流程无污染、制氢规模灵活可调等特点。但现有技术中存在如下问题：现有光伏制氢装置工艺过程中需要的热能或冷能均来自外部系统供应，存在能源利用效率低、光伏板热电转换效率低的问题。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的能源利用效率低的技术问题，本实用新型提供了一种用于水电解制氢的余热利用装置。

本实用新型提供的用于水电解制氢的余热利用装置包括冷却器、蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀和脱氧加热器；蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀通过各自的循环工质进出口依次首尾相连，形成供循环工质流通的第一闭环回路；冷却器和蒸发器通过各自的循环介质进出口依次首尾相连，形成供循环介质流通的第二闭环回路；冷凝器和脱氧加热器通过冷凝器的氢气出口和脱氧加热器的氢气进口相连形成氢气通路；第一闭环回路和第二闭环回路通过蒸发器并联，第一闭环回路和氢气通路通过冷凝器并联，第二闭环回路中设有驱动循环介质流动的循环泵。

所述冷却器可以是水电解制氢装置中采用的碱液冷却器、脱氧冷却器、洗涤冷却器、光伏/光热组件冷却器等产生余热的冷却器。

所述循环工质可以是R123、R245fa、R1233zd、R1336mzz或R365mfc。

所述循环介质可以是低温水或导热油等。

本实用新型的工作原理为：循环介质沿第二闭环回路首先进入冷却器，在冷却器内吸收冷却器介质余热升温后进入蒸发器，在蒸发器内释放余热加热第一闭环回路内的循环工质后再次进入冷却器，完成一次取热循环，循环介质循环中的任意位置设有循环泵；循环工质沿第一闭环回路首先进入蒸发器吸收循环介质释放的余热，然后进入压缩机升压升温，升压升温后的循环工质再进入冷凝器与氢气通路中的氢气换热后降温为低温循环工质，降温后的循环工质再经过膨胀阀节流后成为低压循环工质,返回蒸发器，至此完成循环过程；来自气液分离单元的低温氢气沿氢气通路首先进入冷凝器吸收循环工质释放的热能升温，升温后的氢气进入脱氧加热器进行后续处理。

现有光伏制氢装置中电解槽产生的氢气为实现气液分离需要冷却降温，电解后电解液也需要冷却后重新利用，现有技术一般采用循环水冷却，导致上述低温余热被浪费，能源效率低。气液分离后的氢气在进一步脱氧反应时需要加热到较高温度，现有技术一般采用脱氧加热器，消耗电能较多。而脱氧反应后，氢气需要通过冷却器再次降温以便于继续纯化，现有技术一般采用系统提供冷冻水冷却。现有光伏制氢装置存在低温余热资源被浪费，同时需要消耗大量电能制取高温热能或冷负荷，能源利用效率较低。

本实用新型具有如下有益效果：

1)本实用新型结构简单，操作方便，安全可靠；

2)本实用新型能有效利用水电解制氢过程中的各种余热，制取高温热能供给本装置或建筑物使用，减少外部制热系统的电能消耗，提高能源利用效率，提高光伏板热电转换效率。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图。

图中：1-碱液冷却器，2-循环泵，3-蒸发器，4-膨胀阀，5-压缩机，6-冷凝器，7-脱氧加热器，8～15-管线；

A-热碱液，B-冷碱液，C-低温氢气。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，本实用新型提供的用于水电解制氢的余热利用装置包括碱液冷却器1、循环泵2、蒸发器3、膨胀阀4、压缩机5、冷凝器6和脱氧加热器7；蒸发器3、压缩机5、冷凝器6和膨胀阀4通过各自的循环工质进出口和管线12、管线14、管线13、管线11依次首尾相连，形成供循环工质流通的第一闭环回路；碱液冷却器1、蒸发器3和循环泵2通过各自的循环介质进出口和管线9、管线10、管线8依次首尾相连，形成供循环介质流通的第二闭环回路；冷凝器6和脱氧加热器7通过冷凝器6的氢气出口、脱氧加热器7的氢气进口和管线15相连形成氢气通路；第一闭环回路和第二闭环回路通过蒸发器3并联，第一闭环回路和氢气通路通过冷凝器6并联。

当然，此处的碱液冷却器也可以是脱氧冷却器、洗涤冷却器、光伏/光热组件冷却器等产生余热的冷却器，也可以是任意冷却器串联、并联的组合使用。

如图1所示，本实用新型的工作原理为：

热碱液A在碱液冷却器1内放热后变为冷碱液B。循环介质沿第二闭环回路的管线8首先进入碱液冷却器1，在碱液冷却器1内吸收热碱液A的余热升温后沿管线9进入蒸发器3，在蒸发器3内释放余热加热第一闭环回路内的循环工质后经管线10进入循环泵2，再经管线8进入碱液冷却器1，完成一次取热循环；循环工质沿第一闭环回路的管线11首先进入蒸发器3吸收循环介质释放的余热，然后经管线12进入压缩机5升压升温，升压升温后的循环工质再经管线14进入冷凝器6与氢气通路中的低温氢气C换热后降温为低温循环工质，降温后的循环工质再经管线13进入膨胀阀4，经节流后成为低压循环工质再经管线11返回蒸发器3，至此完成循环过程；来自气液分离单元的低温氢气C沿氢气通路首先进入冷凝器6吸收循环工质释放的热能升温，升温后的氢气经管线15进入脱氧加热器7进行后续处理。

现有光伏发电技术中由于晶体硅光伏电池吸收的太阳能接近80％转化为热能，从而引起电池温度升高，电池温度每升高1℃，光电转换效率降低0.4％～0.5％。采用本实用新型，利用循环流体降低光伏/光热板(PV/T组件)的温度，可以使其发电效率高于普通光伏组件的发电效率。因此采用冷流体冷却光伏/光热组件，升温后的冷流体可以作为低温热源，既可以提供光伏发电效率，也可以增加制热量，提高能源利用效率。

使用例

采用本实用新型，55～74℃低温水(物流1)进入液碱冷却器1，被热液碱A加热至70～89℃(物流2)。然后低温水(物流2)进入蒸发器3降温至55～74℃(物流1)。自蒸发器3的循环介质出口的低温水返回碱液冷却器1继续循环。

循环工质(物流6)首先进入蒸发器3内，被低温水(物流2)加热蒸发，蒸发后循环工质(物流3)然后进入压缩机5升压至3～24倍，升温至123～206℃。高温高压的循环工质(物流4)再进入冷凝器6与高温水换热后降温为低温循环工质(物流5)。降温后的循环工质(物流5)再经过膨胀阀4节流后成为低压循环工质(物流6),返回蒸发器3，至此完成循环过程。其中循环工质采用R123、R245fa、R1233zd、R1336mzz或R365mfc。

来自气液分离单元的低温氢气(物流7)进入冷凝器6与循环工质换热后，被加热到95～125℃。然后高温氢气(物流8)进入脱氧加热器7，继续分离纯化。

下表1列出了上述各物流处于不同的流量、温度、压力下，蒸发器、冷凝器处于不同的热负荷下，以及压缩机处于不同的压比和功率下，使用本实用新型节约的电量情况。

表1

以9000Nm³/h规模光伏制氢装置为例，采用本实用新型使用例的技术方案，热泵机组COP为1.2～4.5，能够节约脱氧加热器电能146.77～203.81KW。

Claims (4)

1.一种用于水电解制氢的余热利用装置，其特征在于：包括冷却器、蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀和脱氧加热器；蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀通过各自的循环工质进出口依次首尾相连，形成供循环工质流通的第一闭环回路；冷却器和蒸发器通过各自的循环介质进出口依次首尾相连，形成供循环介质流通的第二闭环回路；冷凝器和脱氧加热器通过冷凝器的氢气出口和脱氧加热器的氢气进口相连形成氢气通路；第一闭环回路和第二闭环回路通过蒸发器并联，第一闭环回路和氢气通路通过冷凝器并联，第二闭环回路中设有驱动循环介质流动的循环泵。

2.根据权利要求1所述的用于水电解制氢的余热利用装置，其特征在于：所述冷却器为碱液冷却器、脱氧冷却器、洗涤冷却器或者光伏/光热组件冷却器。

3.根据权利要求1所述的用于水电解制氢的余热利用装置，其特征在于：所述循环工质为R123、R245fa、R1233zd、R1336mzz或R365mfc。

4.根据权利要求1所述的用于水电解制氢的余热利用装置，其特征在于：所述循环介质为低温水或导热油。

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