CN218779045U - 电解水制氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电解水制氢装置，电解水制氢装置包括依次连通的进料结构、电解纯化器以及产出结构，电解纯化器包括相连通的电解结构和纯化结构，电解结构连通于进料结构，纯化结构连通于产出结构，纯化结构设有换热器，进料结构与纯化结构之间还设有循环管路，换热器设于循环管路内，如此能够减少电解水制氢装置在运行时所需的能耗，达到节能降耗和环保的效果。

Description

电解水制氢装置

技术领域

本实用新型涉及电解水制氢技术领域，特别涉及一种电解水制氢装置。

背景技术

质子交换膜制氢系统内进料结构的纯水在进料时，由于纯水自身温度偏低，导致需采用纯水电加热器以强行升温的方式来解决纯水热量的不足的问题，同时，电解纯化器内气体自身均温度偏高，例如脱氧气和热再生气等气体，导致气体在进入冷却器时需消耗大量的冷冻剂才能实现降温。因此，容易导致质子交换膜制氢系统的能耗易消耗偏高。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种电解水制氢装置，旨在降低电解水制氢装置能耗偏高，以达到节能降耗和环保的效果。

为实现上述目的，本实用新型提出的电解水制氢装置，所述电解水制氢装置包括依次连通的进料结构、电解纯化器以及产出结构；

所述电解纯化器包括相连通的电解结构和纯化结构，所述电解结构连通于所述进料结构，所述纯化结构连通于所述产出结构；

所述纯化结构设有换热器，所述进料结构与所述纯化结构之间还设有循环管路，所述换热器设于所述循环管路内。

可选地，所述纯化结构包括脱氧模块，所述脱氧模块包括脱氧塔、第一冷却器以及连通于所述产出结构的氢气气水分离器，所述换热器包括第一换热器；

所述脱氧塔分别连通于所述电解结构和所述第一换热器，所述第一冷却器分别连通于所述第一换热器和所述氢气气水分离器，所述循环管路包括第一循环管路，所述第一循环管路设于所述脱氧塔和所述进料结构之间。

可选地，所述纯化结构还包括干燥模块，所述干燥模块包括连通于所述氢气气水分离器的干燥塔、第二冷却器以及再生气分离器，所述换热器还包括第二换热器；

所述干燥塔与所述产出结构之间设有第一出路，所述干燥塔与所述第二冷却器之间设有第一回路，所述再生气分离器分别连通于所述第二冷却器和所述干燥塔，所述循环管路还包括与所述第一循环管路呈并联设置的第二循环管路，所述第一回路连通于所述第二循环管路。

可选地，所述干燥模块还包括连通于所述干燥塔的再生气电加热器，所述干燥塔与所述再生气电加热器之间设有第二回路。

可选地，所述纯化结构还包括氢气缓冲罐，所述氢气缓冲罐分别连通所述电解结构和所述脱氧塔。

可选地，所述进料结构包括相连通的进料模块和连通于所述电解结构的纯水加热器，所述进料模块与所述纯水加热器之间设有连通于所述循环管路的第二出路。

可选地，所述进料结构还包括储水罐，所述储水罐分别连通于所述进料模块和纯水加热器，所述第二出路设于所述进料模块与所述储水罐之间。

可选地，所述电解结构包括电解槽、氢气气液分离器以及连通于所述纯化结构的氧气气液分离器，所述电解槽连通于所述进料结构，并分别连通于所述氢气气液分离器和所述氧气气液分离器。

可选地，所述电解水制氢装置还包括制氧结构，所述制氧结构分别连通于所述进料结构和所述电解结构。

可选地，所述电解水制氢装置还包括集水结构，所述集水结构分别连通于所述电解结构和所述纯化结构。

本实用新型技术方案通过设置在进料结构与纯化结构之间设有循环回路，且将纯化结构的换热器设于循环回路内，以使进料结构内的纯水能通过纯化结构内的换热器与脱氧单元内的气体进行换热，实现纯水预升温和气体预降温的效果，从而纯水在后续加温时无需纯水电加热器对其强行升温，且气体在后续冷却时可以减少冷冻剂的用量，从而能够减少电解水制氢装置在运行时所需的能耗，达到节能降耗和环保的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型电解水制氢装置一实施例的结构示意图；

图2为图1中电解水制氢装置的管路结构示意图；

图3为图1中电解水制氢装置的电解纯化器的结构示意图；

图4为图1电解水制氢装置的进料结构的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	电解水制氢装置	3331	干燥塔
10	进料结构	3333	第二冷却器
				11	进料模块	3335	再生气分离器
13	纯水加热器	3337	再生气电加热器
				15	储水罐	335	氢气缓冲罐
17	纯水冷却器	35	换热器
				30	电解纯化器	351	第一换热器
31	电解结构	353	第二换热器
				311	电解槽	50	制氧结构
313	氢气气液分离器	60	产出结构
				315	氧气气液分离器	70	集水结构
33	纯化结构	80	循环管路
				331	脱氧模块	81	第一循环管路
3311	脱氧塔	83	第二循环管路
				3313	第一冷却器	93	第二回路
3315	氢气气水分离器	95	第二出路
				333	干燥模块

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种电解水制氢装置100。

在本实用新型实施例中，结合图1至图2所示，该电解水制氢装置100包括依次连通的进料结构10、电解纯化器30以及产出结构60，电解纯化器30包括相连通的电解结构31和纯化结构33，电解结构31连通于进料结构10，纯化结构33连通于产出结构60，纯化结构33设有换热器35，进料结构10与纯化结构33之间还设有循环管路80，换热器35设于循环管路80内。

在本实施例中，可以理解的是，一方面，电解纯化器30的电解结构31在进行电解反应时，需在一定温度下才可以进行电解反应以制出氢气，例如质子交换膜的电解水制氢装置100需在60度至90度的温度下进行电解反应，但进料结构10内的纯水的常规温度一般仅为40度，故纯水在进入电解结构31需要将其升高温度以达到电解反应的要求。因此，若将进料结构10内的纯水直接由纯水加热器13进行升温，会导致纯水加热器13的功耗消耗过多。

另一方面，电解纯化器30的脱氧模块331内氢气在进入脱氧塔3311时，由于过程中需要高温才可以发生催化脱氧反应，例如脱氧过程中需要达到200度才可进行脱氧，故脱氧后的氢气的温度会偏高，在进入氢气气水分离器3315前需先经过第一冷却器3313进行降温，又或者干燥模块333内的干燥塔3331所产生的再生气，同样由于过程中需要经过冷吹或者热吹的方式对干燥塔3331的不同阶段进行处理，故干燥塔3331所产生的再生气在进入再生气分离器3335前需先经过第二冷却器3333进行降温。因此，无论是脱氧后的氢气直接由第一冷却器3313进行降温，还是再生气直接由第二冷却器3333进行降温，都需要消耗大量的冷却介质。

因此，本申请的技术方案通过设置有循环管路80，并且纯化结构33的换热器35设于循环管路80内，以使低温纯水先部分通过循环管路80到达纯化结构33内的换热器35的同时，纯化结构33内的高温气体会到达换热器35，两者通过换热器35进行换热以实现预升温和预降温后，会各自回到进料结构10与纯化结构33内以分别进行升温和冷却，从而进料结构10在可以减少加温的所需功耗的同时，纯化结构33亦可以减少冷却介质的用量，进而可以降低电解水制氢装置100的工作成本，以达到节能降耗和环保的效果。

在本实用新型一实施例中，结合图1和图3所示，该纯化结构33包括脱氧模块331，脱氧模块331包括脱氧塔3311、第一冷却器3313以及连通于产出结构60的氢气气水分离器3315，换热器35包括第一换热器351，脱氧塔3311分别连通于电解结构31和第一换热器351，第一冷却器3313分别连通于第一换热器351和氢气气水分离器3315，循环管路80包括第一循环管路81，第一循环管路81设于脱氧塔3311和进料结构10之间。

本实施例中，由于电解结构31内所电解产生的氢气中仍会带有部分氧气，故设置有脱氧塔3311对氢气进行脱氧，具体地，当氢气进行脱氧后，会先通过第一换热器351与流经第一循环管路81的纯水进行换热，于一些示范例中，脱氧后的氢气能从120度预降温到70度至90度，而纯水能从60度预升温到80度。因此，在换热完成后纯水能够通过第一循环管路81回到进料结构10后以实现升温，从而在升温过程中可以减少纯水加热器13升温时所需的功耗，且脱氧后的氢气在换热完成后进入到第一冷却器3313时，可减少第一冷却器3313内冷却介质的用量，从而可以降低电解水制氢装置100的工作成本，以达到节能降耗和环保的效果。

在本实用新型一实施例中，结合图1和图3所示，该纯化结构33还包括干燥模块333，干燥模块333包括连通于氢气气水分离器3315的干燥塔3331、第二冷却器3333以及再生气分离器3335，换热器35还包括第二换热器353，干燥塔3331与产出结构60之间设有第一出路，干燥塔3331与第二冷却器3333之间设有第一回路，再生气分离器3335分别连通于第二冷却器3333和干燥塔3331，循环管路80还包括与第一循环管路81呈并联设置的第二循环管路83，第一回路连通于第二循环管路83。

本实施例中，由于脱氧后的氢气会通过干燥模块333进行干燥纯化以实现二级处理，将脱氧模块331无法完全吸附的水分通过干燥塔3331进行吸附，以实现纯化脱水，可以理解的是，干燥塔3331可以为分子筛吸附塔，具体地，由于干燥塔3331对氢气进行干燥工作时会产生热量，故导致氢气干燥后所产生的再生气温度偏高，因此再生气在通过第一回路回到干燥塔3331进行重复利用前需要通过第二冷却器3333进行降温，于一些示范例中，再生气和纯水在通过第二换热器353换热过程中，再生气能从220度预降温到70度至90度，而纯水能从60度预升温到80度。因此，在换热完成后纯水能够通过第二循环管路83回到进料结构10后以实现升温，从而在升温过程中可以减少纯水加热器13升温时所需的功耗，且再生气在换热完成后进入到第二冷却器3333时，可减少第二冷却器3333内冷却介质的用量，从而可以通过脱氧模块331和干燥模块333的预降温方式，进一步降低电解水制氢装置100的工作成本，以达到节能降耗和环保的效果。

在本实用新型一实施例中，结合图1和图3所示，该干燥模块333还包括连通于干燥塔3331的再生气电加热器3337，干燥塔3331与再生气电加热器3337之间设有第二回路93。

本实施例中，通过设置再生气可通过第二回路93流经再生气电加热器3337进行加热，且在加热后能进入干燥塔3331内，以实现通过高温的再生气将干燥塔3331的水分进行带走的效果。

在本实用新型一实施例中，结合图1和图3所示，该纯化结构33还包括氢气缓冲罐335，氢气缓冲罐335分别连通电解结构31和脱氧塔3311。

本实施例中，可以理解的是部分电解水制氢装置100在运行过程中为多阶段式工作，而并非循环式工作，例如具有进料结构10的开机阶段和电解纯化器30的变功率阶段，因此设置有氢气缓冲罐335的情况下，能够在不同阶段之间存在暂停时，能够将氢气储存，以避免氢气的流失。

在本实用新型一实施例中，结合图1和图4所示，该进料结构10包括相连通的进料模块11和连通于电解结构31的纯水加热器13，进料模块11与纯水加热器13之间设有连通于循环管路80的第二出路95。

本实施例中，可以理解的是，纯水在通过循环管路80进行预加热后，可通过第二出路95由纯水进料泵将纯水输送至纯水加热器13进行加热，其中纯水可先经过电解结构31的氧气气液分离器315实现气液分离后进入纯水加热器13，纯水加热器13的设置下可迅速将预加热后的纯水进行升温，以提高工作效率。更进一步地，氧气气液分离器315与纯水加热器13之间还可以设有纯水循环泵，以进一步提高纯水的流动效率。

在本实用新型一实施例中，结合图1和图4所示，该进料结构10还包括储水罐15，储水罐15分别连通于进料模块11和纯水加热器13，第二出路95设于进料模块11与储水罐15之间。

本实施例中，同样地，部分电解水制氢装置100在运行过程中为多阶段式工作，而并非循环式工作，例如具有进料结构10的开机阶段和电解纯化器30的变功率阶段，因此设置有纯水罐的情况下，能够在不同阶段之间存在暂停时，能够将预升温的纯水进行热量储存，以避免纯水的热量损失后导致增加纯水加热器13的能耗。进一步地，进料结构10还可以包括纯水冷却器17，纯水冷却器17分别连通于纯水加热器13和电解结构31。

在本实用新型一实施例中，结合图1和图3所示，该电解结构31包括电解槽311、氢气气液分离器313以及连通于纯化结构33的氧气气液分离器315，电解槽311连通于进料结构10，并分别连通于氢气气液分离器313和氧气气液分离器315。

本实施例中，可以理解的是，电解槽311内能够发生电解反应，以将纯水分别制成氢气和氧气，但此时氢气和氧气内仍存在部分液体，故设置有氢气气液分离器313和氧气气液分离器315实现气液分离。

在本实用新型一实施例中，结合图1至图2所示，该电解水制氢装置100还包括制氧结构50，制氧结构50分别连通于进料结构10和电解结构31。

本实施例中，当氧气气液分离器315实现将氧气和水分分离后，将氧气流向制氧结构50以通过制氧结构50将氧气进行采集或者释放，具体地，制氧结构50内包括有依次连通的氧气冷却器、氧气气水分离器以及出氧模块，其中通过氧气气水分离器能够进一步将氧气和水分分离，避免将氧气释放时由于含有水分导致发生喷射现象。

在本实用新型一实施例中，结合图1至图2所示，该电解水制氢装置100还包括集水结构70，集水结构70分别连通于电解结构31和纯化结构33。

本实施例中，可以理解的是，纯化结构33中的脱氧模块331与干燥模块333，在氢气气水分离器3315与再生气分离器3335的分离下，需要将水分进行集合，因此本申请设置有集水结构70实现将水分集合。具体地，集水结构70包括依次连通的集水器、排水泵和排水模块，其中集水器分别连通于电解结构31和纯化结构33，实现将水分集合后，在排水泵的带动下由排水模块进行排出。

本实用新型的一示范实施例的工作流程如下：电解水制氢装置100在运行时，进料结构10的纯水会先分别通过第一循环管路81和第二循环管路83到达换热器35，并通过换热器35分别与纯化结构33中脱氧后的氢气和再生气进行换热，实现纯水的预升温和脱氧后的氢气和再生气预降温，在换热结束后，纯水会继续通过第一循环管路81和第二循环管路83回到进料结构10中的储水罐15，再通过纯水加热器13进行加热后进入电解结构31进行电解反应，且在电解反应后进入纯化结构33内依次进行脱氧和干燥等步骤，然后通过产出结构60实现产出，同时，预降温后的脱氧后的氢气会通过第一冷却器3313进行冷却，再进入到干燥模块333内，且预降温后的再生气也会通过第二冷却器3333进行冷却，在冷却后经过干燥模块333内的干燥塔3331，实现再生气的利用后再通过产出结构60实现产出。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电解水制氢装置，其特征在于，所述电解水制氢装置包括依次连通的进料结构、电解纯化器以及产出结构；

所述电解纯化器包括相连通的电解结构和纯化结构，所述电解结构连通于所述进料结构，所述纯化结构连通于所述产出结构；

所述纯化结构设有换热器，所述进料结构与所述纯化结构之间还设有循环管路，所述换热器设于所述循环管路内。

2.如权利要求1所述的电解水制氢装置，其特征在于，所述纯化结构包括脱氧模块，所述脱氧模块包括脱氧塔、第一冷却器以及连通于所述产出结构的氢气气水分离器，所述换热器包括第一换热器；

所述脱氧塔分别连通于所述电解结构和所述第一换热器，所述第一冷却器分别连通于所述第一换热器和所述氢气气水分离器，所述循环管路包括第一循环管路，所述第一循环管路设于所述脱氧塔和所述进料结构之间。

3.如权利要求2所述的电解水制氢装置，其特征在于，所述纯化结构还包括干燥模块，所述干燥模块包括连通于所述氢气气水分离器的干燥塔、第二冷却器以及、再生气分离器，所述换热器还包括第二换热器；

所述干燥塔与所述产出结构之间设有第一出路，所述干燥塔与所述第二冷却器之间设有第一回路，所述再生气分离器分别连通于所述第二冷却器和所述干燥塔，所述循环管路还包括与所述第一循环管路呈并联设置的第二循环管路，所述第一回路连通于所述第二循环管路。

4.如权利要求3所述的电解水制氢装置，其特征在于，所述干燥模块还包括连通于所述干燥塔的再生气电加热器，所述干燥塔与所述再生气电加热器之间设有第二回路。

5.如权利要求2所述的电解水制氢装置，其特征在于，所述纯化结构还包括氢气缓冲罐，所述氢气缓冲罐分别连通所述电解结构和所述脱氧塔。

6.如权利要求1所述的电解水制氢装置，其特征在于，所述进料结构包括相连通的进料模块和连通于所述电解结构的纯水加热器，所述进料模块与所述纯水加热器之间设有连通于所述循环管路的第二出路。

7.如权利要求6所述的电解水制氢装置，其特征在于，所述进料结构还包括储水罐，所述储水罐分别连通于所述进料模块和纯水加热器，所述第二出路设于所述进料模块与所述储水罐之间。

8.如权利要求1至7中任一项所述的电解水制氢装置，其特征在于，所述电解结构包括电解槽、氢气气液分离器以及连通于所述纯化结构的氧气气液分离器，所述电解槽连通于所述进料结构，并分别连通于所述氢气气液分离器和所述氧气气液分离器。

9.如权利要求8所述的电解水制氢装置，其特征在于，所述电解水制氢装置还包括制氧结构，所述制氧结构分别连通于所述进料结构和所述电解结构。

10.如权利要求1至7中任一项所述的电解水制氢装置，其特征在于，所述电解水制氢装置还包括集水结构，所述集水结构分别连通于所述电解结构和所述纯化结构。

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