CN218561625U - 制氢系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种制氢系统，所述制氢系统包括电解单元、气水分离单元、纯水箱和补水管路，纯水箱的内腔包括分隔的第一腔室和第二腔室，具有多个第一通孔的第一阻隔件将第一腔室分为第一子腔和第二子腔，具有多个第二通孔的第二阻隔件将第二腔室分为第三子腔和第四子腔，补水管路连通第一子腔和第三子腔。本实用新型实施例的制氢系统的纯水箱连通电解单元和气水分离单元，电解单元排出的氧气和水的混合物在第二阻隔件的阻隔下将水中的氧气气泡分离，气水分离单元排出的氢气和水的混合物在第一阻隔件的阻隔下将水中的氢气气泡分离，以避免水泵发生气蚀现象，以及纯水中氢含量过高影响制氢系统安全稳定运行的问题。

Description

制氢系统

技术领域

本实用新型涉及制氢系统技术领域，具体涉及一种制氢系统。

背景技术

制氢系统通过对纯水进行电解以获取氢气。相关技术中，制氢系统的纯水箱内纯水的含气量较高，容易产生气体被吸入供水泵中使水泵发生气蚀现象，以及纯水箱供给电解单元的纯水中氢含量过高而影响制氢系统安全稳定运行的情况。

实用新型内容

本实用新型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，本实用新型的实施例提出一种制氢系统，该制氢系统具有能够通过纯水箱将纯水与气体进行分离的优点。

本实用新型实施例的制氢系统包括：

电解单元，所述电解单元用于将纯水电解并排出氢气和水的混合物以及氧气和水的混合物；

气水分离单元，所述气水分离单元用于接收所述电解单元排出的氢气和水的混合物以分离氢气和水；

纯水箱，所述纯水箱的内腔包括分隔的第一腔室和第二腔室，所述第一腔室内设有第一阻隔件，所述第一阻隔件将所述第一腔室分为第一子腔和第二子腔，所述第一阻隔件上设有多个第一通孔，所述第一通孔连通所述第一子腔和所述第二子腔，所述第二腔室内设有第二阻隔件，所述第二阻隔件将所述第二腔室分为第三子腔和第四子腔，所述第二阻隔件设有多个第二通孔，所述第二通孔连通所述第三子腔和所述第四子腔，所述电解单元与所述第三子腔连通以将排出氧气和水的混合物通入所述第三子腔，所述电解单元与所述第四子腔连通以接收所述第四子腔供应的纯水，所述气水分离单元与所述第二子腔连通以将排出的氢气和水的混合物通入所述第二子腔，所述第一子腔用于接收并储存原料纯水；

补水管路，所述补水管路连通所述第一子腔和所述第三子腔，以用于将所述第一子腔内的纯水供入所述第三子腔。

本实用新型实施例的制氢系统在纯水箱内设置具有多个第一通孔的第一阻隔件和具有多个第二通孔的第二阻隔件，电解单元排出的氧气和水的混合物在进入纯水箱后会实现氧气和水的分离，特别是在第二阻隔件的阻隔作用下将水中的氧气气泡分离，气水分离单元排出的氢气和水的混合物在进入纯水箱后会实现氢气和水的分离，特别是在第一阻隔件的阻隔作用下将水中的氢气气泡分离，从而能够避免水泵发生气蚀现象，以及纯水中氢含量过高影响制氢系统安全稳定运行的问题。

在一些实施例中，所述第一通孔和所述第二通孔中的每一个包括下通孔和上通孔，所述下通孔位于所述第一腔室或所述第二腔室的最低液面以下，所述上通孔位于所述第一腔室或所述第二腔室的最高液面以上。

在一些实施例中，所述制氢系统还包括纯水机组件，所述纯水机组件包括顺序连通的纯水机供水管路、纯水机本体和纯水机排水管路，所述纯水机供水管路用于向所述纯水机本体提供原料水，所述纯水机本体用于将所述原料水生成所述原料纯水，所述纯水机排水管路与所述第一子腔连通以向所述第一子腔供应所述原料纯水。

在一些实施例中，所述制氢系统还包括第一换热器，所述第一换热器具有第一介质管道和第二介质管道，所述第一介质管道和所述第二介质管道内的介质可进行热交换，所述纯水机供水管路与所述第一介质管道连通，所述补水管路与所述第二介质管道连通。

在一些实施例中，所述制氢系统还包括第一控制阀，所述第一控制阀包括第一阀口、第二阀口和第三阀口，所述第一阀口与所述第一换热器连通，所述第二阀口与所述第一子腔连通，所述第三阀口与所述第四子腔连通，以通过所述第一控制阀调节所述第一子腔与所述第一换热器的通断，以及所述第四子腔与所述第一换热器的通断。

在一些实施例中，所述补水管路上设有调节泵，所述纯水机供水管路上设有第一温度传感器，且所述第一温度传感器位于所述第一换热器的下游，所述第一温度传感器用于获取所述纯水机供水管路内原料水的温度，所述第一温度传感器与所述调节泵电连接以根据所述第一温度传感器获取的温度调节所述调节泵的流量。

在一些实施例中，所述制氢系统还包括第二控制阀和补水支路，所述补水支路上设有第一冷却器和离子交换器，所述离子交换器用于降低所述补水支路内纯水的电导率，所述第二控制阀包括第一接口、第二接口和第三接口，所述第一接口与所述第一换热器连通，所述第二接口通过所述补水管路与所述第三子腔连通，所述第三接口通过所述补水支路与所述第三子腔，以通过所述第二控制阀切换所述第一换热器与所述第三子腔的连通路线。

在一些实施例中，所述制氢系统还包括电解供水管路，所述电解供水管路设有电导率测定仪和第二冷却器，所述第四子腔与所述电解单元通过所述电解供水管路连通，所述电导率测定仪用于获取所述电解供水管路内的纯水的电导率，并根据获取的电导率调节所述第二控制阀以控制所述第一换热器与所述补水支路的启闭。

在一些实施例中，所述制氢系统还包括冷却介质源；

所述第一冷却器包括第二换热器，所述第二换热器与所述冷却介质源和所述补水支路分别连通，以用于冷却介质源供应的冷却介质与所述补水支路内的纯水进行热交换；和/或

所述第二冷却器包括第三换热器，所述第三换热器与所述冷却介质源和所述电解供水管路分别连通，以用于冷却介质源供应的冷却介质与所述电解供水管路内的纯水进行热交换。

在一些实施例中，所述冷却介质源与所述第一冷却器连通且用于向所述第一冷却器供液的管路上设有第一调节阀，所述补水支路上设有第二温度传感器，且第二温度传感器位于所述第一冷却器的下游，所述第二温度传感器用于获取所述补水支路内纯水的温度，所述第二温度传感器与所述第一调节阀电连接，以用于根据获取的温度调节所述第一调节阀的流量；

所述冷却介质源与所述第二冷却器连通且用于向所述第二冷却器供液的管路上设有第二调节阀，所述电解供水管路上设有第三温度传感器，且第三温度传感器位于所述第二冷却器的下游，所述第三温度传感器用于获取所述电解供水管路内纯水的温度，所述第三温度传感器与所述第二调节阀电连接，以用于根据获取的温度调节所述第二调节阀的流量。

在一些实施例中，所述制氢系统还包括氢气纯化单元，所述氢气纯化单元与所述气水分离单元通过纯化管路连通，以用于接收所述气水分离单元排出的氢气，所述纯化管路上设有第三调节阀和压力变送器，所述压力变送器用于获取所述纯化管路内的氢气压力，所述第三调节阀和所述压力变送器电连接以根据所述压力变送器获取的氢气压力调节所述纯化管路内的氢气压力。

附图说明

图1是本实用新型实施例的制氢系统的结构示意图；

图2是图1中纯水箱的俯视图；

图3是图1中纯水箱的正剖视图。

附图标记：

1.电解单元；2.气水分离单元；3.纯水箱；301.第一腔室；3011.第一子腔；3012.第二子腔；302.第二腔室；3021.第三子腔；3022.第四子腔；303.第一阻隔件；304.第二阻隔件；305.氢气放空口；306.氧气放空口；4.补水管路；401.调节泵；5.纯水机组件；501.纯水机供水管路；5011.第一温度传感器；502.纯水机本体；503.纯水机排水管路；6.第一换热器；7.第一控制阀；8.第二控制阀；9.第一冷却器；10.离子交换器；11.电导率测定仪；12.第二冷却器；13.第一调节阀；14.第二温度传感器；15.第二调节阀；16.第三温度传感器；17.氢气纯化单元；18.第三调节阀；19.压力变送器；20.供水泵。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图1-附图3描述根据实用新型实施例的制氢系统。

如图1-图3所示，本实用新型实施例的制氢系统包括电解单元1、气水分离单元2、纯水箱3和补水管路4。电解单元1用于将纯水电解并排出氢气和水的混合物以及氧气和水的混合物，气水分离单元2用于接收电解单元1排出的氢气和水的混合物以分离氢气和水。具体地，电解单元1包括电解槽，气水分离单元2包括气水分离器。

纯水箱3的内腔包括分隔的第一腔室301和第二腔室302，第一腔室301内设有第一阻隔件303，第一阻隔件303将第一腔室301分为第一子腔3011和第二子腔3012，第一阻隔件303上设有多个第一通孔，第一通孔连通第一子腔3011和第二子腔3012，第二腔室302内设有第二阻隔件304，第二阻隔件304将第二腔室302分为第三子腔3021和第四子腔3022，第二阻隔件304设有多个第二通孔，第二通孔连通第三子腔3021和第四子腔3022，电解单元1与第三子腔3021连通以将排出氧气和水的混合物通入第三子腔3021，电解单元1与第四子腔3022连通以接收第四子腔3022供应的纯水，气水分离单元2与第二子腔3012连通以将排出的氢气和水的混合物通入第二子腔3012，第一子腔3011用于接收并储存原料纯水。

具体地，如图1-图3所示，纯水箱3的内腔包括分隔的第一腔室301和第二腔室302，第一腔室301和第二腔室302分别为独立的密闭空间，第一腔室301位于右侧，第二腔室302位于左侧，第一腔室301和第二腔室302在纯水箱3内部互不连通，第一阻隔件303沿横向设置在第一腔室301内并将第一腔室301分为第一子腔3011和第二子腔3012，第一子腔3011和第二子腔3012在水平方向上并排设置，第一阻隔件303上设有沿第一子腔3011和第二子腔3012的排布方向贯穿第一阻隔件303的多个第一通孔，使第一子腔3011和第二子腔3012通过多个第一通孔连通，第二阻隔件304沿横向设置在第二腔室302内并将第二腔室302分为第三子腔3021和第四子腔3022，第三子腔3021和第四子腔3022在水平方向上并排设置，第二阻隔件304上设有沿第三子腔3021和第四子腔3022的排布方向贯穿第二阻隔件304的多个第二通孔，使第三子腔3021和第四子腔3022通过多个第二通孔连通。可以理解的是，第一阻隔件303和第二阻隔件304的数量不限于一个，在另一些实施例中，多个第一阻隔件303沿第一子腔3011和第二子腔3012的排布方向间隔排布，多个第二阻隔件304沿第三子腔3021和第四子腔3022的排布方向间隔排布。

补水管路4连通第一子腔3011和第三子腔3021，以用于将第一子腔3011内的纯水供入第三子腔3021。

制氢系统在运行时，原料纯水供入第一子腔3011内并进行存储，第一子腔3011内的纯水通过补水管路4供入第三子腔3021，第三子腔3021内的纯水通过多个第二通孔进入第四子腔3022，第四子腔3022内的纯水在供水泵20的动力下供入电解单元1进行电解并产生氢气和水的混合物以及氧气和水的混合物，其中氧气和水的混合物通过管路回流至第三子腔3021内并在第三子腔3021内实现氧气和水分离，但此时，分离后的水中仍具有较多的氧气气泡，使第三子腔3021内的纯水中混有较多的氧气气泡，第三子腔3021内的纯水在通过第二通孔进入第四子腔3022的过程中，第二阻隔件304和第二通孔对氧气气泡具有阻隔作用，使氧气气泡阻隔在第三子腔3021内而无法进入第四子腔3022内，从而避免位于第四子腔3022下游的供水泵20产生气蚀现象。

电解单元1产生的氢气和水的混合物进入气水分离单元2进行氢气和水的分离，然后将分离出的水回流至第二子腔3012内，但是回流的水体中仍具有较多的氢气气泡，在第二子腔3012内，水中的氢气气泡会与水进行分离，同时在回流的水体与第二子腔3012内原有的纯水混合并向第一子腔3011流动的过程中，第一阻隔件303和第一通孔对水中的氢气气泡具有阻隔作用，使氢气气泡阻隔在第二子腔3012内而无法进入第一子腔3011内，从而避免进入第二腔室302以及电解单元1的纯水具有氢含量过高的问题。

因此，本实用新型实施例的制氢系统通过在纯水箱内设置具有多个第一通孔的第一阻隔件和具有多个第二通孔的第二阻隔件，使电解单元排出的氧气和水的混合物在纯水箱内实现氧气和水的分离，特别是在第二阻隔件的阻隔作用下将水中的氧气气泡分离，使气水分离单元排出的氢气和水的混合物在纯水箱内实现氢气和水的分离，特别是在第一阻隔件的阻隔作用下将水中的氢气气泡分离，从而能够避免水泵发生气蚀现象，以及纯水中氢含量过高影响制氢系统安全稳定运行问题。

在一些实施例中，第一通孔和第二通孔中的每一个包括下通孔3031和上通孔3032，下通孔3031位于第一腔室301或第二腔室302的最低液面以下，上通孔3032位于第一腔室301或第二腔室302的最高液面以上。

如图2和图3所示，第一阻隔件303和第二阻隔件304分别沿竖直方向由上之下延伸至纯水箱3的底面，第一通孔和第二通孔中的每一个包括下通孔3031和上通孔3032，多个上通孔3032间隔排布在第一腔室301或第二腔室302的最高液面以上，第一阻隔件303上的多个上通孔3032用于平衡第一子腔3011和第二子腔3012内的气压，第二阻隔件304上的多个上通孔3032用于平衡第三子腔3021和第四子腔3022内的气压，多个下通孔3031位于第一腔室301或第二腔室302的最低液面以下，第一阻隔件303上的多个下通孔3031用于纯水在第一子腔3011和第二子腔3012之间流动，并起到阻隔纯水中氢气气泡的作用，第二阻隔件304上的多个下通孔3031用于纯水在第三子腔3021和第四子腔3022之间流动，并起到阻隔纯水中氧气气泡的作用。由于多个上通孔3032位于最高液面以上，多个下通孔3031位于最低液面以下，因此多个上通孔3032与多个下通孔3031在上下方向上间隔有一定距离。

可以理解的是，第一通孔和第二通孔不限于分为间隔排布的下通孔和上通孔，在另一些实施例中，多个第一通孔均布在第一阻隔件上，多个第二通孔均布在第二阻隔件上。

在一些实施例中，纯水箱3设有氢气放空口305和氧气放空口306，氢气放空口305与第二子腔3012连通并位于第二子腔3012的腔壁上，氧气放空口306与第三子腔3021连通并位于第三子腔3021的腔壁上。

如图1所示，第三子腔3021的腔壁上设有氧气放空口306，氧气放空口306位于第三子腔3021的最高液面以上，电解单元1产生的氧气和水的混合物进入第三子腔3021后在重力作用下实现氧气和水的分离，第三子腔3021内分离出的氧气由氧气放空口306排出纯水箱。第二子腔3012的腔壁上设有氢气放空口305，氢气放空口305位于第二子腔3012的最高液面以上，氢气放空口305将第二子腔3012与大气连通以具有大气环境下的正常气压，气水分离单元2产生的具有氢气气泡的水处于1MPa-3MPa高压状态，当具有氢气气泡的水进入第二子腔3012后会在第二子腔3012内进行释压，从而使氢气与水实现分离，第二子腔3012内分离出的氢气由氢气放空口305排出。

可以理解的是，纯水箱不限于设置氧气放空口和氢气放空口，在另一些实施例中，纯水箱顶部开放，分离出的氢气和氧气直接进入大气。

在一些实施例中，本实用新型实施例的制氢系统还包括纯水机组件5，纯水机组件5包括顺序连通的纯水机供水管路501、纯水机本体502和纯水机排水管路503，纯水机供水管路501用于向纯水机本体502提供原料水，纯水机本体502用于将原料水生成原料纯水，纯水机排水管路503与第一子腔3011连通以向第一子腔3011供应原料纯水。

如图1所示，第一子腔3011的上游设有纯水机组件5，纯水机组件5包括顺序连通的纯水机供水管路501、纯水机本体502和纯水机排水管路503，纯水机供水管路501与自来水源连通，以用于将自来水供入纯水机本体502，纯水机本体502将自来水转化为纯水并通过纯水机排水管路503将该纯水作为原料纯水供入第一子腔3011内。

在另一些实施例中，制氢系统也可以不具有纯水机组件，第一子腔的上游设置储存纯水的纯水罐，通过纯水罐向第一子腔供应原料纯水。

在一些实施例中，本实用新型实施例的制氢系统还包括第一换热器6，第一换热器6具有第一介质管道和第二介质管道，第一介质管道和第二介质管道内的介质可进行热交换，纯水机供水管路501与第一介质管道连通，补水管路4与第二介质管道连通。

如图1所示，第一换热器6的第一介质管道与纯水机供水管路501连通并位于纯水机本体502的上游，第一换热器6的第二介质管道与补水管路4连通，电解单元1的电解槽的工作温度为70℃-80℃，因此与电解单元1形成水循环的纯水箱3内的纯水也具有一定的温度，纯水机供水管路501中的自来水水温在5℃-18℃，但是纯水机本体502的最佳运行工况的温度为22℃-28℃，因此设置第一换热器6能够通过补水管路4内的纯水与纯水机供水管路501中的自来水进行热交换，使进入纯水机本体502的自来水水温处于22℃-28℃，从而使纯水机本体502在最佳运行工况下工作。第一换热器6优选为板式换热器。

当然，第一换热器6可以根据制氢系统的运行需求进行启停。

可以理解的是，在另一些实施例中，制氢系统也可以不具有第一换热器6。

在一些实施例中，本实用新型实施例的制氢系统还包括第一控制阀7，第一控制阀7包括第一阀口、第二阀口和第三阀口，第一阀口与第一换热器6连通，第二阀口与第一子腔3011连通，第三阀口与第四子腔3022连通，以通过第一控制阀7调节第一子腔3011与第一换热器6的通断，以及第四子腔3022与第一换热器6的通断。

如图1所示，第一阀口为图示第一控制阀7的A阀口，第一阀口通过补水管路4连通第一换热器6的第二介质管道，第二阀口为图示第一控制阀7的B阀口，第二阀口通过补水管路4连通第一子腔3011，第三阀口为图示第一控制阀7的C阀口，第三阀口通过管路与第四子腔3022连通。

当第一控制阀7开启A-B回路时，第一子腔3011内的纯水供入第三子腔3021以进行补水，同时在第一换热器6为开启状态时，通过第一子腔3011排出至补水管路4内的纯水对纯水机供水管路501中的自来水进行升温。当第一控制阀7开启A-C回路时，第四子腔3022内的纯水供入补水管路4，然后供入第三子腔3021内以进行补水，同时在第一换热器6为开启状态时，通过第四子腔3022排出至补水管路4内的纯水对纯水机供水管路501中的自来水进行升温。

在一些实施例中，补水管路4上设有调节泵401，纯水机供水管路501上设有第一温度传感器5011，且第一温度传感器5011位于第一换热器6的下游，第一温度传感器5011用于获取纯水机供水管路501内原料水的温度，第一温度传感器5011与调节泵401电连接以根据第一温度传感器5011获取的温度调节调节泵401的流量。

如图1所示，补水管路4上设有调节泵401，以通过调节泵401将第一子腔3011内的纯水或者第四子腔3022内的纯水泵入第三子腔3021内，纯水机供水管路501上设有位于第一换热器6下游的第一温度传感器5011，以用于获取纯水机供水管路501内经过第一换热器6升温后的自来水的水温，第一温度传感器5011与调节泵401电连接以根据第一温度传感器5011获取的温度调节调节泵401的流量，使纯水机供水管路501内经过升温后的自来水水温处于22℃-28℃，优选为25℃，避免自来水水温处于纯水机本体502的最佳运行工况的温度范围以外。调节泵401优选为具有多种运行频率的变频循环泵。第一温度传感器5011优选为热电偶。

可以理解的是，制氢系统也可以不具有第一温度传感器和调节泵，在另一些实施中，通过设定补水管路内的纯水的流量以及纯水机供水管路内自来水的流量使纯水机供水管路内经过升温后的自来水水温处于22℃-28℃。

在一些实施例中，本实用新型实施例的制氢系统还包括第二控制阀8和补水支路，补水支路上设有第一冷却器9和离子交换器10，离子交换器10用于降低补水支路内纯水的电导率，第二控制阀8包括第一接口、第二接口和第三接口，第一接口与第一换热器6连通，第二接口通过补水管路4与第三子腔3021连通，第三接口通过补水支路与第三子腔3021，以通过第二控制阀8切换第一换热器6与第三子腔3021的连通路线。

如图1所示，第一接口为图示第二控制阀8的A阀口，第一接口通过补水管路4连通第一换热器6的第二介质管道，第二接口为图示第二控制阀8的B阀口，第二接口通过补水管路4连通第三子腔3021，第三接口为图示第二控制阀8的C阀口，第三接口通过补水支路与第三子腔3021连通，补水支路上设有第一冷却器9和离子交换器10，离子交换器10用于降低补水支路内纯水的电导率，以降低第二腔室302内纯水的电导率，使供入电解单元1的纯水的电导率符合要求，第一冷却器9用于降低供入离子交换器10的纯水的水温以满足离子交换器10的水温要求。

当第二控制阀8开启A-B回路时，第一子腔3011内的纯水或者第四子腔3022内的纯水通过补水管路4进入第三子腔3021内，以对第三子腔3021进行补水。当第二控制阀8开启A-C回路时，第一子腔3011内的纯水或者第四子腔3022内的纯水通过补水支路进入第三子腔3021内，并在经过离子交换器10使降低纯水的电导率。优选的，当第二控制阀8开启A-C回路时，第一控制阀7开启A-C回路，此时用于在第二腔室302内纯水的电导率高于电解单元1的要求时，通过具有离子交换器10的补水支路使第三子腔3021和第四子腔3022形成循环，并在循环过程中降低纯水的电导率，以降低第二腔室302内纯水的电导率。

将离子交换器设在补水支路一方面可以通过补水支路的启闭调控离子交换器的启闭，另一方面使离子交换器处理的流量较小，能够降低离子交换器的离子交换负荷以及第一冷却器的降温负荷。

可以理解的是，制氢系统不限于具有补水支路，在另一些实施例中，离子交换器设在补水管路上。

在一些实施例中，本实用新型实施例的制氢系统还包括电解供水管路，电解供水管路设有电导率测定仪11和第二冷却器12，第四子腔3022与电解单元1通过电解供水管路连通，电导率测定仪11用于获取电解供水管路内的纯水的电导率，并根据获取的电导率调节第二控制阀8以控制第一换热器6与补水支路的启闭。

如图1所示，第四子腔3022与电解单元1通过电解供水管路连通，电解供水管路上设有供水泵20、电导率测定仪11和第二冷却器12，供水泵20用于将第四子腔3022内的纯水泵入电解单元1，电导率测定仪11用于获取电解供水管路内的纯水的电导率，以获知供入电解单元1的纯水的电导率是否满足电解单元1的要求，在电解单元1的纯水的电导率超出电解单元1的电导率要求数值时，第二控制阀8开启A-C回路时，第一控制阀7开启A-C回路，通过具有离子交换器10的补水支路降低第二腔室302内纯水的电导率，以使第四子腔3022供入电解单元1的纯水的电导率满足电解单元1的要求。第二冷却器12用于降低供入电解单元1的纯水的水温以满足电解单元1的水温要求。

可以理解的是，在另一些实施例中，电导率测定仪也可以设在纯水箱上以获取第二腔室内纯水的电导率。

在另一些实施例中，本实用新型实施例的制氢系统还包括冷却介质源。具体地，冷却介质源优选为风冷冷水机组，也可以为自来水源，或者存储有冷却水的存储设备。

第一冷却器9包括第二换热器，第二换热器与冷却介质源和补水支路分别连通，以用于冷却介质源供应的冷却介质与补水支路内的纯水进行热交换。具体地，如图1所示，第一冷却器9包括第二换热器，第二换热器与冷却介质源和补水支路分别连通，以通过冷却介质源通入第二换热器内的冷却介质对补水支路内的纯水进行降温。第二换热器优选为板式换热器。

第二冷却器12包括第三换热器，第三换热器与冷却介质源和电解供水管路分别连通，以用于冷却介质源供应的冷却介质与电解供水管路内的纯水进行热交换。具体地，如图1所示，第二冷却器12包括第三换热器，第三换热器与冷却介质源和电解供水管路分别连通，以通过冷却介质源通入第三换热器内的冷却介质对电解供水管路内的纯水进行降温。第三换热器优选为板式换热器。

通过第二换热器和第三换热器分别对对应的补水支路和电解供水管路以热交换的方式进行降温能够有效降低降温工作的能耗。

可以理解的是，在另一些实施例中，第一冷却器和第二冷却器也可以均采用风冷式冷却器，或者第一冷却器和第二冷却器中的一个采用风冷式冷却器，另一个采用换热器。

在一些实施例中，冷却介质源与第一冷却器9连通且用于向第一冷却器9供液的管路上设有第一调节阀13，补水支路上设有第二温度传感器14，且第二温度传感器14位于第一冷却器9的下游，第二温度传感器14用于获取补水支路内纯水的温度，第二温度传感器14与第一调节阀13电连接，以用于根据获取的温度调节第一调节阀13的流量。

具体地，如图1所示，冷却介质源向第一冷却器9供液的管路上设有第一调节阀13，补水支路上设有第二温度传感器14，且第二温度传感器14位于第一冷却器9的下游，通过第二温度传感器14获取补水支路内经过第二换热器降温后的纯水的温度，并通过第二温度传感器14获取的温度调控第一调节阀13的开启程度，以调控冷却介质源供入第二换热器的流量，使补水支路内经过第二换热器降温后的纯水的温度保持稳定并满足离子交换器10的要求。第二温度传感器14优选为热电偶。第一调节阀13优选为气动调节阀。

冷却介质源与第二冷却器12连通且用于向第二冷却器12供液的管路上设有第二调节阀15，电解供水管路上设有第三温度传感器16，且第三温度传感器16位于第二冷却器12的下游，第三温度传感器16用于获取电解供水管路内纯水的温度，第三温度传感器16与第二调节阀15电连接，以用于根据获取的温度调节第二调节阀15的流量。

具体地，如图1所示，冷却介质源向第二冷却器12供液的管路上设有第二调节阀15，电解供水管路上设有第三温度传感器16，且第三温度传感器16位于第二冷却器12的下游，通过第三温度传感器16获取电解供水管路内经过第三换热器降温后的纯水的温度，并通过第三温度传感器16获取的温度调控第二调节阀15的开启程度，以调控冷却介质源供入第三换热器的流量，使电解供水管路内经过第三换热器降温后的纯水的温度保持稳定并满足电解单元1的要求。第三温度传感器16优选为热电偶。第二调节阀15优选为气动调节阀。

在一些实施例中，本实用新型实施例的制氢系统还包括氢气纯化单元17，氢气纯化单元17与气水分离单元2通过纯化管路连通，以用于接收气水分离单元2排出的氢气，纯化管路上设有第三调节阀18和压力变送器19，压力变送器19用于获取纯化管路内的氢气压力，第三调节阀18和压力变送器19电连接以根据压力变送器19获取的氢气压力调节纯化管路内的氢气压力。

如图1所示，气水分离单元2排出的氢气通过纯化管路供入氢气纯化单元17以进行氢气纯化，纯化管路上设有第三调节阀18和压力变送器19，压力变送器19用于获取纯化管路内的氢气压力，第三调节阀18和压力变送器19电连接以根据压力变送器19获取的氢气压力调节纯化管路内的氢气压力，气水分离单元2排出的氢气在进入氢气纯化单元17之前由第三调节阀18和压力变送器19联动调节纯化管路内的压力后进入氢气纯化单元17，以满足氢气纯化单元17的压力要求。氢气纯化单元17优选包括干燥塔和检测器，同时氢气纯化单元17具有合格气出口和不合格气出口，纯化后经检测器检测合格的氢气由合格气出口排出使用或者进行存储，纯化后经检测器检测不合格的氢气由不合格气出口排放。第三调节阀18优选为气动调节阀。

在一些实施例中，调节泵401运行时具有第一频率、第二频率、第三频率、第四频率和第五频率，其中第一频率与第二腔室302补水时所需的流量相对应，第二频率至第三频率的范围与第一换热器换热所需的流量相对应，第四频率与离子交换器10运行时所需流量相对应，第五频率为调节泵401的运行频率下限，且第五频率与制氢系统在无补水、无第一换热器6换热且无离子交换器降低电导率的功能需求时所需流量相对应。优选的，第五频率＜第一频率≤第二频率＜第三频率，第四频率的大小根据离子交换器10的运行状况选用，且第四频率≥第一频率。

本实用新型实施例制氢系统可适用于差压式制氢系统，以避免氢侧回水中存在部分溶解氢造成氧中氢含量超高，使差压式制氢系统能够安全运行。

实用新型实施例的制氢系统具有以下使用状态：

第一使用状态：纯水机供水管路501无作为原料水的自来水供入，纯水机供水管路501停止向纯水机本体502供水，第一控制阀7开启A-B回路，第二控制阀8开启A-B回路，调节泵401处于第一频率。此时第一子腔3011内的纯水经补水管路4供入第三子腔3021，以对第二腔室302进行补水，补水管路4内纯水的热量在第一换热器6处进行自然散热。

第二使用状态：纯水机供水管路501向纯水机本体502供水，第一控制阀7开启A-B回路，第二控制阀8开启A-B回路，调节泵401在第一温度传感器5011的调控下在第二频率和第三频率之间调节，第二频率大于等于第一频率，第三频率大于第二频率。此时第一子腔3011内的纯水经补水管路4供入第三子腔3021，以对第二腔室302进行补水，同时补水管路4内的纯水与纯水机供水管路501内的纯水在第一换热器6处进行热交换，以使进入纯水机本体502的自来水水温处于22℃-28℃，优选处于25℃，调节泵401的频率使补水管路4内的水流量能够满足热交换需求，并同时能够满足补水需求。

第三使用状态：纯水机供水管路501向纯水机本体502供水，第一控制阀7开启A-B回路，第二控制阀8开启A-C回路，调节泵401在第一温度传感器5011的调控下在第二频率和第三频率之间调节。此时，第一子腔3011内的纯水经补水管路4供入补水支路，并在补水支路上的离子交换器10处降低电导率后进入第三子腔3021，以对第二腔室302进行补水，同时补水管路4内的纯水与纯水机供水管路501内的纯水在第一换热器6处进行热交换。在补水管路4上，第一调节阀13和第二温度传感器14配合能够通过控制进入第一冷却器9的冷却水的流量实现对进入离子交换器10的纯水的水温调节，同时由于第一冷却器9上游已通过第一换热器6对纯水进行降温，因此第一冷却器9内的第二换热器的换热量大幅降低，可有效降低制氢系统的能耗。

第四使用状态：纯水机供水管路501向纯水机本体502供水，第一控制阀7开启A-C回路，第二控制阀8开启A-B回路，调节泵401在第一温度传感器5011的调控下在第二频率和第三频率之间调节。此时第四子腔3022内的纯水经补水管路4供入第三子腔3021，补水管路4内的纯水与纯水机供水管路501内的纯水在第一换热器6处进行热交换，以使进入纯水机本体502的自来水水温处于22℃-28℃，优选处于25℃，同时也能够降低第二腔室302内纯水的温度，以降低第二冷却器12及制氢系统的能耗。

第五种使用状态：纯水机供水管路501向纯水机本体502供水，第一控制阀7开启A-C回路，第二控制阀8开启A-C回路，调节泵401在第一温度传感器5011的调控下在第二频率和第三频率之间调节。此时第四子腔3022内的纯水经补水管路4供入补水支路，并在补水支路上的离子交换器10处降低电导率后进入第三子腔3021，同时补水管路4内的纯水与纯水机供水管路501内的纯水在第一换热器6处进行热交换。

第六种使用状态：纯水机供水管路501无作为原料水的自来水供入，纯水机供水管路501停止向纯水机本体502供水，第一控制阀7开启A-C回路，第二控制阀8开启A-C回路，调节泵401处于第四频率。此时，第四子腔3022内的纯水经补水管路4供入补水支路，并在补水支路上的离子交换器10处降低电导率后进入第三子腔3021，补水管路4内的纯水在第一换热器6处进行自然散热。

第七种使用状态：纯水机供水管路501无作为原料水的自来水供入，纯水机供水管路501停止向纯水机本体502供水，第一控制阀7开启A-B回路，第二控制阀8开启A-C回路，调节泵401处于第四频率，且第四频率大于等于第一频率。此时，第一子腔3011内的纯水经补水管路4供入补水支路，并在补水支路上的离子交换器10处降低电导率后进入第三子腔3021，补水管路4内的纯水在第一换热器6处进行自然散热。

第八种使用状态：纯水机供水管路501无作为原料水的自来水供入，纯水机供水管路501停止向纯水机本体502供水，第一控制阀7开启A-C回路，第二控制阀8开启A-B回路，调节泵401处于第五频率，第五频率为调节泵401的运行频率下限。此时，第四子腔3022内的纯水经补水管路4供入第三子腔3021以进行循环，从而避免调节泵401频繁启停，调节泵401在第五频率运行以降低调节泵401在制氢系统在无补水、无第一换热器6换热且无离子交换器降低电导率的功能需求时的能耗。

优选的，上述八种使用状态可通过控制器接收并监测第二腔室302内的液位、第一温度传感器5011获取的温度和电导率测定仪11获取的电导率进行自动转换。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“横向”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分部件，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等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实用新型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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，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，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本实用新型的保护范围内。

Claims (11)

1.一种制氢系统，其特征在于，包括：

电解单元(1)，所述电解单元(1)用于将纯水电解并排出氢气和水的混合物以及氧气和水的混合物；

气水分离单元(2)，所述气水分离单元(2)用于接收所述电解单元(1)排出的氢气和水的混合物以分离氢气和水；

纯水箱(3)，所述纯水箱(3)的内腔包括分隔的第一腔室(301)和第二腔室(302)，所述第一腔室(301)内设有第一阻隔件(303)，所述第一阻隔件(303)将所述第一腔室(301)分为第一子腔(3011)和第二子腔(3012)，所述第一阻隔件(303)上设有多个第一通孔，所述第一通孔连通所述第一子腔(3011)和所述第二子腔(3012)，所述第二腔室(302)内设有第二阻隔件(304)，所述第二阻隔件(304)将所述第二腔室(302)分为第三子腔(3021)和第四子腔(3022)，所述第二阻隔件(304)设有多个第二通孔，所述第二通孔连通所述第三子腔(3021)和所述第四子腔(3022)，所述电解单元(1)与所述第三子腔(3021)连通以将排出氧气和水的混合物通入所述第三子腔(3021)，所述电解单元(1)与所述第四子腔(3022)连通以接收所述第四子腔(3022)供应的纯水，所述气水分离单元(2)与所述第二子腔(3012)连通以将排出的氢气和水的混合物通入所述第二子腔(3012)，所述第一子腔(3011)用于接收并储存原料纯水；

补水管路(4)，所述补水管路(4)连通所述第一子腔(3011)和所述第三子腔(3021)，以用于将所述第一子腔(3011)内的纯水供入所述第三子腔(3021)。

2.根据权利要求1所述的制氢系统，其特征在于，所述第一通孔和所述第二通孔中的每一个包括下通孔(3031)和上通孔(3032)，所述下通孔(3031)位于所述第一腔室(301)或所述第二腔室(302)的最低液面以下，所述上通孔(3032)位于所述第一腔室(301)或所述第二腔室(302)的最高液面以上。

3.根据权利要求1所述的制氢系统，其特征在于，还包括纯水机组件(5)，所述纯水机组件(5)包括顺序连通的纯水机供水管路(501)、纯水机本体(502)和纯水机排水管路(503)，所述纯水机供水管路(501)用于向所述纯水机本体(502)提供原料水，所述纯水机本体(502)用于将所述原料水生成所述原料纯水，所述纯水机排水管路(503)与所述第一子腔(3011)连通以向所述第一子腔(3011)供应所述原料纯水。

4.根据权利要求3所述的制氢系统，其特征在于，还包括第一换热器(6)，所述第一换热器(6)具有第一介质管道和第二介质管道，所述第一介质管道和所述第二介质管道内的介质可进行热交换，所述纯水机供水管路(501)与所述第一介质管道连通，所述补水管路(4)与所述第二介质管道连通。

5.根据权利要求4所述的制氢系统，其特征在于，还包括第一控制阀(7)，所述第一控制阀(7)包括第一阀口、第二阀口和第三阀口，所述第一阀口与所述第一换热器(6)连通，所述第二阀口与所述第一子腔(3011)连通，所述第三阀口与所述第四子腔(3022)连通，以通过所述第一控制阀(7)调节所述第一子腔(3011)与所述第一换热器(6)的通断，以及所述第四子腔(3022)与所述第一换热器(6)的通断。

6.根据权利要求4所述的制氢系统，其特征在于，所述补水管路(4)上设有调节泵(401)，所述纯水机供水管路(501)上设有第一温度传感器(5011)，且所述第一温度传感器(5011)位于所述第一换热器(6)的下游，所述第一温度传感器(5011)用于获取所述纯水机供水管路(501)内原料水的温度，所述第一温度传感器(5011)与所述调节泵(401)电连接以根据所述第一温度传感器(5011)获取的温度调节所述调节泵(401)的流量。

7.根据权利要求4-6中任一项所述的制氢系统，其特征在于，还包括第二控制阀(8)和补水支路，所述补水支路上设有第一冷却器(9)和离子交换器(10)，所述离子交换器(10)用于降低所述补水支路内纯水的电导率，所述第二控制阀(8)包括第一接口、第二接口和第三接口，所述第一接口与所述第一换热器(6)连通，所述第二接口通过所述补水管路(4)与所述第三子腔(3021)连通，所述第三接口通过所述补水支路与所述第三子腔(3021)，以通过所述第二控制阀(8)切换所述第一换热器(6)与所述第三子腔(3021)的连通路线。

8.根据权利要求7所述的制氢系统，其特征在于，还包括电解供水管路，所述电解供水管路设有电导率测定仪(11)和第二冷却器(12)，所述第四子腔(3022)与所述电解单元(1)通过所述电解供水管路连通，所述电导率测定仪(11)用于获取所述电解供水管路内的纯水的电导率，并根据获取的电导率调节所述第二控制阀(8)以控制所述第一换热器(6)与所述补水支路的启闭。

9.根据权利要求8所述的制氢系统，其特征在于，还包括冷却介质源；

所述第一冷却器(9)包括第二换热器，所述第二换热器与所述冷却介质源和所述补水支路分别连通，以用于冷却介质源供应的冷却介质与所述补水支路内的纯水进行热交换；和/或

所述第二冷却器(12)包括第三换热器，所述第三换热器与所述冷却介质源和所述电解供水管路分别连通，以用于冷却介质源供应的冷却介质与所述电解供水管路内的纯水进行热交换。

10.根据权利要求9所述的制氢系统，其特征在于，所述冷却介质源与所述第一冷却器(9)连通且用于向所述第一冷却器(9)供液的管路上设有第一调节阀(13)，所述补水支路上设有第二温度传感器(14)，且第二温度传感器(14)位于所述第一冷却器(9)的下游，所述第二温度传感器(14)用于获取所述补水支路内纯水的温度，所述第二温度传感器(14)与所述第一调节阀(13)电连接，以用于根据获取的温度调节所述第一调节阀(13)的流量；

所述冷却介质源与所述第二冷却器(12)连通且用于向所述第二冷却器(12)供液的管路上设有第二调节阀(15)，所述电解供水管路上设有第三温度传感器(16)，且第三温度传感器(16)位于所述第二冷却器(12)的下游，所述第三温度传感器(16)用于获取所述电解供水管路内纯水的温度，所述第三温度传感器(16)与所述第二调节阀(15)电连接，以用于根据获取的温度调节所述第二调节阀(15)的流量。

11.根据权利要求1所述的制氢系统，其特征在于，还包括氢气纯化单元(17)，所述氢气纯化单元(17)与所述气水分离单元(2)通过纯化管路连通，以用于接收所述气水分离单元(2)排出的氢气，所述纯化管路上设有第三调节阀(18)和压力变送器(19)，所述压力变送器(19)用于获取所述纯化管路内的氢气压力，所述第三调节阀(18)和所述压力变送器(19)电连接以根据所述压力变送器(19)获取的氢气压力调节所述纯化管路内的氢气压力。

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