CN219099336U - 纯水循环系统及纯水电解制氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种纯水循环系统及纯水电解制氢装置。纯水循环系统包括电解循环主路、回流支路及水纯化模块；电解循环主路的纯水进口与水纯化模块的出口连接；回流支路的进口与电解循环主路在不同于纯水进口的第一位置相连接，回流支路的出口与水纯化模块的进口连接；水纯化模块的进口还用于与水源连通。回流支路、水纯化模块及电解循环主路的部分路段会形成一个小循环，从而可以在电解过程中，可利用小循环维持甚至降低电解循环主路内纯水的电导率，避免电解循环主路因长时间电解导致电导率上升而需要停机更换纯水，无需在电解循环主路上设置需要频繁更换且占用空间大的离子交换柱，可较低成本地确保电解装置中纯水的电导率，确保电解产气品质。

Description

纯水循环系统及纯水电解制氢装置

技术领域

本实用新型涉及电解水技术领域，具体而言，涉及一种纯水循环系统及纯水电解制氢装置。

背景技术

水的电导率越低，说明所含杂质越少，电解产物的杂质越少，因此，在电解纯水技术中，往往对于纯水的电导率有一定的要求，在纯水的电导率较高时，电解产气的品质不佳，往往需要更换纯水。

一些技术中，利用水纯化机向电解系统供给纯水，并在电解系统内设置离子交换柱等离子吸收设备，以此确保纯水的电导率。但是，这个过程会使离子交换柱的填料离子交换树脂中的离子浓度不断升高，当升高到一个限值时，离子交换树脂将起不到净化纯水的作用，这时纯水电解制氢装置需要停机并更换离子交换树脂，离子交换树脂占用空间大且更换费时费力，影响制氢装置的续航能力且成本高。

实用新型内容

本实用新型旨在一定程度上解决相关技术中如何低成本地确保电解装置中纯水的电导率，确保电解产气品质的问题。

为至少在一定程度上解决上述问题的至少一个方面，第一方面，本实用新型一方面提供一种纯水循环系统，其包括电解循环主路、回流支路及水纯化模块；所述电解循环主路的纯水进口与所述水纯化模块的出口连接；所述回流支路的进口与所述电解循环主路在不同于所述纯水进口的第一位置相连接，所述回流支路的出口与所述水纯化模块的进口连接；所述水纯化模块的进口还用于与水源连通。

可选地，所述电解循环主路上设置有电解槽和第一气体分离模块；所述第一气体分离模块的进气口与所述电解槽的出气口连通，所述第一气体分离模块的出液口与所述电解槽的进液口连通；所述第一位置位于所述第一气体分离模块的出液口及所述电解槽的进液口之间。

可选地，所述电解循环主路上所述第一气体分离模块的出液口及所述电解槽之间设置有循环泵；所述第一位置位于所述循环泵和所述电解槽的进液口之间。

可选地，所述第一气体分离模块还包括进液口，所述纯水进口包括所述第一气体分离模块的进液口；和/或，所述纯水进口包括位于所述第一位置及所述电解槽的进液口之间的第一进口。

可选地，所述电解循环主路包括阳极室侧循环支路和阴极室侧循环支路，所述第一气体分离模块包括设置于所述阳极室侧循环支路的氧气分离器和/或设置于所述阴极室侧循环支路的氢气分离器。

可选地，纯水循环系统还包括流量调节单元，所述流量调节单元设置于所述电解循环主路和/或所述回流支路上，所述流量调节单元用于调整所述回流支路的流量。

可选地，所述流量调节单元包括第一调节阀和/或第二调节阀，所述第一调节阀设置于所述回流支路上，所述第二调节阀设置于所述电解循环主路上，且位于所述第一位置的下游；或者，所述流量调节单元包括设置于所述第一位置的三通阀，所述电解循环主路经过所述三通阀其中两个连接接口，所述回流支路与所述三通阀的另一个连接接口连接；

所述流量调节单元还包括第一流量计和/或第二流量计，所述第一流量计设置于所述回流支路上，所述第二流量计设置于所述电解循环主路上所述第一位置上。

可选地，所述回流支路上还设置有第一单向阀和减压阀，所述第一单向阀的进口朝向所述第一位置设置；所述减压阀位于所述第一单向阀和所述第一位置之间，或者，所述第一单向阀位于所述减压阀和所述第一位置之间。

可选地，所述电解循环主路上还设置有电导率仪；

和/或，所述水纯化模块包括依次连接的水纯化机、纯水缓冲罐和纯水补水泵。

第二方面，本实用新型提供一种纯水电解制氢装置，包括如上第一方面所述的纯水循环系统。

相对于相关的现有技术，在本实用新型的纯水循环系统及纯水电解制氢装置中，通过设置回流支路，将回流支路的进口设置为与电解循环主路在不同于纯水进口的第一位置相连接，将回流支路的出口设置为与水纯化模块的进口连接，电解循环主路内的部分纯水可在第一位置处流入回流支路，并经水纯化模块进行纯化处理后再经纯水进口进入电解循环主路，与电解循环主路内的剩余纯水混合，可在一定程度上降低电解循环主路内的纯水的电导率，这样，回流支路、水纯化模块及电解循环主路的部分路段会形成一个小循环，从而可以在电解过程中，可利用小循环维持甚至降低电解循环主路内纯水的电导率，避免电解循环主路因长时间电解导致电导率上升而需要停机更换纯水，无需在电解循环主路上设置需要频繁更换且占用空间大的离子交换柱，可较低成本地确保电解装置中纯水的电导率，确保电解产气品质。

附图说明

图1为本实用新型的实施例中纯水循环系统的结构示意图。

附图标记说明：

1-电解循环主路；11-电解槽；12-第一气体分离模块；121-纯水进口；13-循环泵；14-冷却器；15-电导率仪；16-过滤器；17-第二单向阀；18-第二调节阀；2-回流支路；21-第一单向阀；22-减压阀；23-第一流量计；24-第一调节阀；3-水纯化模块；31-水纯化机；32-纯水缓冲罐；33-纯水补水泵；4-水源。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。具体在管路中，二者“连接”可以表示“连通”，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“一个实施例”、“一些实施方式”、“示例性地”和“一个实施方式”等的描述意指结合该实施例或实施方式描述的具体特征、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实施方式中。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实施方式。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实施方式以合适的方式结合。

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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。这样，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。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种纯水循环系统，包括电解循环主路1、回流支路2及水纯化模块3；电解循环主路1的纯水进口121与水纯化模块3的出口连接；回流支路2的进口与电解循环主路1在不同于纯水进口121的第一位置相连接，回流支路2的出口与水纯化模块3的进口连接；水纯化模块3的进口还用于与水源4连通。

需要说明的是，电解循环主路1内的纯水循环流动，并在流动过程中经过电解槽11，从而进行电解作业。也就是说，电解循环主路1为纯水循环经过电解槽11等所形成的循环回路。

水纯化模块3的进口用于与水源4连通，其可以进行水的纯化作业，可以过滤水中的漂浮物，去除水中的重金属、细菌、病毒等，其纯化处理后的产物电导率降低，经纯水进口121流入电解循环主路1，从而经电解槽11电解后的气体杂质较少，纯度较高。

通过水纯化模块3对来自水源4的水进行纯化处理，然后水纯化模块3流出的纯水经纯水进口121流入电解循环主路1，在电解循环主路1内循环流动，进行电解作业，电解过程中电解循环主路1中循环的纯水因消耗电解等原因电导率会升高，从而在电解循环主路1上纯水进口121之外的其他位置例如第一位置处纯水的电导率会高于纯水进口121处纯水的电导率。

如此，本实用新型的纯水循环系统，通过设置回流支路2，将回流支路2的进口设置为与电解循环主路1在不同于纯水进口121的第一位置相连接，将回流支路2的出口设置为与水纯化模块3的进口连接，电解循环主路1内的部分纯水(后续称第一部分纯水)可在第一位置处流入回流支路2，并经水纯化模块3进行纯化处理后再经纯水进口121进入电解循环主路1，与电解循环主路1内的剩余纯水(后续称第二部分纯水)混合，可在一定程度上降低电解循环主路1内的纯水的电导率，这样，回流支路2、水纯化模块3及电解循环主路1的部分路段会形成一个小循环，从而可以在电解过程中，可利用小循环维持甚至降低电解循环主路1内纯水的电导率，避免电解循环主路1因长时间电解导致电导率上升而需要停机更换纯水，无需在电解循环主路1上设置需要频繁更换且占用空间大的离子交换柱，可较低成本地确保电解装置中纯水的电导率，确保电解产气品质。

需要说明的是，纯水循环系统中的纯水总量除满足电解循环需求外，还应提供小循环的循环用纯水量，相对于传统纯水循环系统而言，本实用新型的纯水总量会稍多一些，具体根据实际的需求确定。

可选地，纯水循环系统还包括流量调节单元，流量调节单元设置于电解循环主路1和/或回流支路2上，流量调节单元用于调整回流支路2的流量。

如此，可以根据实际的需要调整，调整回流支路2的流量，调整小循环流量。

如图1所示，在流量调节单元的可选方案中，流量调节单元包括第一调节阀24，第一调节阀24设置于回流支路2上。

如此，可以通过调节第一调节阀24的开度大小实现小循环的流量的调整。

如图1所示，在流量调节单元的可选方案中，流量调节单元包括第二调节阀18，第二调节阀18设置于电解循环主路1上，且位于第一位置的下游。

如此，调小位于下游的第二调节阀18的开度时，小循环的流量减小，调大位于下游的第二调节阀18的开度时，小循环的流量增大。

如图1所示，在流量调节单元的可选方案中，流量调节单元可以包括上述第一调节阀24和第二调节阀18。

需要说明的是，在上述实施例中，在第一位置的上游同样可以设置第二调节阀18。如此，还可以调整总流量。

如图1所示，可选地，流量调节单元还可以包括第一流量计23和/或第二流量计，第一流量计23设置于回流支路2上，第二流量计设置于电解循环主路1上第一位置的上游或下游。

如此，可以进一步检测流量调整情况，例如可以通过第一流量计23可以检测回流支路2上的纯水流量，通过上游的第二流量计检测总流量，通过下游的第二流量计检测电解循环主路1的循环流量。例如，第一调节阀24可以与第一流量计23电连接，从而可根据第一流量计23的检测值调整第一调节阀24的调节值，可实现对流经回流支路2的纯水的流量的精确调整。

需要说明的是，一些调节阀自身具备流量检测功能，此时无需单独设置流量计。

可选地，如图1所示，回流支路2上设置有第一单向阀21，第一单向阀21的进口朝向第一位置设置。

如此，可以通过第一单向阀21阻止液体从回流支路2经第一位置流入电解循环主路1，此时，第一调节阀24和第一流量计23可以设置于第一单向阀21的出口一端。

如图1所示，可选地，回流支路2上还设置有减压阀22，减压阀22位于第一单向阀21和第一位置之间。

如此，可通过减压阀22将回流支路2内的纯水压力降低至满足水纯化模块3的进口的压力需求，还可以在一定程度上降低第一单向阀21处的压力，对减压阀22下游的管路进行保护。

区别于减压阀22位于第一单向阀21和第一位置之间的方式，第一单向阀21也可以位于减压阀22和第一位置之间，具体地，此时，第一单向阀21位于减压阀22和第一调节阀24之间，同样可以起到减压效果，且能够对第一调节阀24进行保护。

可选地，电解循环主路1上还设置有电导率仪15。例如，电导率仪15靠近电解槽11的进液口位置设置。

如此，可以在线实现对纯水的电导率的在线检测，便于及时反馈检测数据。

电解循环主路1上设置有电解槽11和第一气体分离模块12；第一气体分离模块12的进气口N1与电解槽11的出气口连通，第一气体分离模块12的出液口N4与电解槽11的进液口连通。

此时，可选地，第一位置位于第一气体分离模块12的出液口N4及电解槽11的进液口之间。

如此，经第一气体分离模块12气液分离后的纯水中的较少部分(第一部分纯水)在第一位置处流入回流支路2，然后经水纯化模块3进行纯化，降低电导率后再经纯水进口121进入电解循环主路1，再次纯化后的第一部分纯水与电解循环主路1内的第二部分纯水混合，可在一定程度上降低第二部分纯水的电导率，从而消除因电解导致的第二部分纯水的电导率的升高。并且，这种方式可以降低回流支路2的气体含量，避免电解气体损耗，且可以提高回流支路2及水纯化模块3的安全性能，无需在回流支路2上另外设置气液分离结构。

可选地，电解循环主路1包括阳极室侧循环支路和阴极室侧循环支路，阳极室侧循环支路上设置有氧气分离器，阴极室侧循环支路上设置有氢气分离器。也就说，电解产生的氧气和氢气互不串通。

此时，第一气体分离模块12包括设置于阳极室侧循环支路的氧气分离器和/或设置于阴极室侧循环支路的氢气分离器。

当第一气体分离模块12包括上述二者中的一个时，回流支路2仅对应设置为一个，例如图1中示出了第一气体分离模块12为氧气分离器的情况(图中，阴极室侧循环支路未示出)，此时，在必要时阴极室侧循环支路上可以相应设置纯水补水支路。

当第一气体分离模块12包括上述二者时，回流支路2对应设置为两个，且分别与阳极室侧循环支路和阴极室侧循环支路对应设置，后续不再详细说明。

如此，可以实现氢气和氧气的分别收集，安全性高，且可确保阳极室侧和/或阴极室侧的电解效率。

后续将以第一气体分离模块12为设置于阳极室侧循环支路的氧气分离器为例说明本实用新型的内容，此时电解循环主路1为阳极室侧循环支路。

可选地，电解循环主路1上第一气体分离模块12的出液口N4及电解槽11之间设置有循环泵13；第一位置位于循环泵13和电解槽11的进液口之间。

循环泵13用于驱动纯水在电解循环主路1循环流动，图中箭头表示了纯水的流动方向。经电解槽11流出的气液混合物质首先经过第一气体分离模块12进行气液分离，然后气液分离后的纯水在循环泵13的驱动下流入电解槽11的进液口，再次进行电解作业。

如此，可以利用循环泵13的驱动力驱动电解循环主路1内的纯水在第一位置处流入回流支路2，无需在回流支路2上另外设置用于驱动的泵，结构简单，实用性强。

循环泵13的数量可以设置为一个或多个，当循环泵13的数量为多个时，多个循环泵13并联设置，且位于第一气体分离模块12的出液口N4及电解槽11的进液口之间。

当循环泵13的数量为多个时，回流支路2可以选择性地在一个或多个循环泵13的出口位置与电解循环主路1连通，其不作为限制。

此时，循环泵13的两端可以分别设置第二调节阀18，第一位置位于循环泵13的出口及其下游的第二调节阀18之间。

如此，可以通过位于循环泵13上游的第二调节阀18调整流经循环泵13的纯水的流量，通过位于循环泵13下游的第二调节阀18调整流出至电解槽11的纯水的流量，从而可调整流经回流支路2的纯水的流量。还可以通过第二调节阀18隔断循环泵13所在的管段，便于对循环泵13进行维护。

循环泵13所在的管段还可以根据需要设置其他部件例如设置第二单向阀17等，此处不再详细说明。

此时，第一位置与电解槽11的进液口之间还可以依次设置冷却器14、过滤器16等部件，此处不再详细说明。

进一步地，第一气体分离模块12还包括进液口N3和出气口N2，纯水进口121包括第一气体分离模块12的进液口N3。

具体地，第一气体分离模块12的出气口N2用于将气液分离后的气体排出，在回流支路2未投入使用时，第一气体分离模块12的进液口N3用于经水纯化模块3向电解循环主路1注入或补充因电解消耗的纯水。

对于回流支路2的使用时机或使用方式可以根据实际的需要确定，可以是手动控制，也可以通过自动化技术控制，此处不再详细说明。

例如，回流支路2可以设置为一直连通的状态(即小循环连通)，通过回流支路2的流量及电解循环主路1的流量的设置来维持整个纯水循环系统的稳定，例如二者的流量的比例保持在预设范围内。例如，当纯水的电导率比理想值高很多时，那么就可以增大小循环的循环流量，当纯水的电导率大于理想值且逐渐靠近理想值时，可以减小小循环的循环流量，逐渐的找到一个较佳的小循环的循环流量。这样既满足了装置的运行，也可以减小水纯化模块3的负荷。

例如，回流支路2的可以根据实际的电导率需求设置为间隔性地连通(即小循环间隔性连通)，在一次小循环过程中，回流支路2的开启时刻可以早于水纯化模块3向电解循环主路1供给纯水的时刻，从而尽可能降低新注入的纯水经回流支路2流出的量，当然，其需要避免第一气体分离模块12内的液位过低。

如此，在电解作业过程中，根据需要及时向第一气体分离模块12补充纯水，避免第一气体分离模块12内的液位过低而影响其使用，例如影响气液分离效果；还可以在必要时通过回流支路2的回流，对电解循环主路1流出的纯水进一步纯化，有利于维持甚至提高电解循环主路1上的纯水的电导率。

区别于上述纯水进口121包括第一气体分离模块12的进液口N3的方式，在纯水进口121的另一实施方式中，纯水进口121位于第一位置及电解槽11的进液口之间(此方案图中未示出)。

也就是说，在第一位置处电导率相对较高的部分纯水经回流支路2流出，在第一位置的下游的纯水进口121处由水纯化模块3补入电导率相对低的纯水，补入的电导率相对低的纯水将会直接流入电解槽11进行电解作业，从而可以实现经该纯水进口121补入的电导率相对低的纯水的较大化利用(直接进入电解槽11)。

当然，在一些方式中，水纯化模块3所连通的纯水进口121包括第一气体分离模块12的进液口N3，且包括位于第一位置及电解槽11的进液口之间的第一进口(此方案图中未示出)。

也就是说，此时，纯水进口121可以设置为两个，第一气体分离模块12的进液口N3所形成的纯水进口121可以用于维持第一气体分离模块12的液位高度，在此基础上，小循环循环流量大于第一气体分离模块12的进液口N3所需流量的部分，经第一进口补充进入电解循环主路1。从而在确保第一气体分离模块12的液位高度的情况下，可以实现经该纯水进口121补入的电导率相对低的纯水的较大化利用(第一进口进入的纯水直接进入电解槽11)。此时，水纯化模块3与第一进口之间可以设置单向阀，避免回流，此处不再详细说明。

可选地，水纯化模块3包括依次连接的水纯化机31、纯水缓冲罐32和纯水补水泵33。

具体地，水纯化机31的进口作为水纯化模块3的进口，纯水补水泵33的出口作为水纯化模块3的出口。

可选地，水纯化机31的进口所连接的进水管路上可以设置第三单向阀及第三节流阀等，此时，回流支路2的出口可以与进水管路连接，且连接位置位于第三单向阀的出口一端(图中未示出)，如此，可以在一定程度上降低管路的总长度。

本实用新型的又一实施例提供一种纯水电解制氢装置，包括上述的纯水循环系统。

该纯水电解制氢装置具有该纯水循环系统所具有的有益效果，此处不再详细说明。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变动与修改，这些变动与修改均将落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种纯水循环系统，其特征在于，包括电解循环主路(1)、回流支路(2)及水纯化模块(3)；所述电解循环主路(1)的纯水进口(121)与所述水纯化模块(3)的出口连接；所述回流支路(2)的进口与所述电解循环主路(1)在不同于所述纯水进口(121)的第一位置相连接，所述回流支路(2)的出口与所述水纯化模块(3)的进口连接；所述水纯化模块(3)的进口还用于与水源(4)连通。

2.如权利要求1所述的纯水循环系统，其特征在于，所述电解循环主路(1)上设置有电解槽(11)和第一气体分离模块(12)；所述第一气体分离模块(12)的进气口与所述电解槽(11)的出气口连通，所述第一气体分离模块(12)的出液口与所述电解槽(11)的进液口连通；所述第一位置位于所述第一气体分离模块(12)的出液口及所述电解槽(11)的进液口之间。

3.如权利要求2所述的纯水循环系统，其特征在于，所述电解循环主路(1)上所述第一气体分离模块(12)的出液口及所述电解槽(11)之间设置有循环泵(13)；所述第一位置位于所述循环泵(13)和所述电解槽(11)的进液口之间。

4.如权利要求2所述的纯水循环系统，其特征在于，所述第一气体分离模块(12)还包括进液口，所述纯水进口(121)包括所述第一气体分离模块(12)的进液口；和/或，所述纯水进口(121)包括位于所述第一位置及所述电解槽(11)的进液口之间的第一进口。

5.如权利要求2所述的纯水循环系统，其特征在于，所述电解循环主路(1)包括阳极室侧循环支路和阴极室侧循环支路，所述第一气体分离模块(12)包括设置于所述阳极室侧循环支路的氧气分离器和/或设置于所述阴极室侧循环支路的氢气分离器。

6.如权利要求1至5任意一项所述的纯水循环系统，其特征在于，还包括流量调节单元，所述流量调节单元设置于所述电解循环主路(1)和/或所述回流支路(2)上，所述流量调节单元用于调整所述回流支路(2)的流量。

7.如权利要求6所述的纯水循环系统，其特征在于，所述流量调节单元包括第一调节阀(24)和/或第二调节阀(18)，所述第一调节阀(24)设置于所述回流支路(2)上，所述第二调节阀(18)设置于所述电解循环主路(1)上，且位于所述第一位置的下游；或者，所述流量调节单元包括设置于所述第一位置的三通阀，所述电解循环主路(1)经过所述三通阀其中两个连接接口，所述回流支路(2)与所述三通阀的另一个连接接口连接；

所述流量调节单元还包括第一流量计(23)和/或第二流量计，所述第一流量计(23)设置于所述回流支路(2)上，所述第二流量计设置于所述电解循环主路(1)上所述第一位置上。

8.如权利要求1至5任意一项所述的纯水循环系统，其特征在于，所述回流支路(2)上还设置有第一单向阀(21)和减压阀(22)，所述第一单向阀(21)的进口朝向所述第一位置设置；所述减压阀(22)位于所述第一单向阀(21)和所述第一位置之间，或者，所述第一单向阀(21)位于所述减压阀(22)和所述第一位置之间。

9.如权利要求1至5任意一项所述的纯水循环系统，其特征在于，所述电解循环主路(1)上还设置有电导率仪(15)；

和/或，所述水纯化模块(3)包括依次连接的水纯化机(31)、纯水缓冲罐(32)和纯水补水泵(33)。

10.一种纯水电解制氢装置，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的纯水循环系统。

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