CN219363822U - 具有水位、水温自动调节功能的pem纯水制氢系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种具有水位、水温自动调节功能的PEM纯水制氢系统，通过在纯水箱内设置低水位检测电极、中水位检测电极以及高水位检测电极，在纯水箱外设置有控制板，在控制板上设置有与所述低水位检测电极、中水位检测电极以及高水位检测电极对应的水位设定按键，在制氢前，先根据电解槽的单位制氢量选择合适的水位，从而触发该水位对应的检测电极工作，单位制氢量大时，消耗水量大，选择高水位检测电极工作，补水时以使得纯水箱水位恢复到高水位，以保持足够的纯水供给；当单位制氢量小时，消耗水量，选择中、低水位检测电极工作，以减低纯水箱内的纯水量，减少冷却回路维持纯水水温的能耗；从而在水温、水位的检测基础上，减小系统能耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及PEM水电解制氢的技术领域，尤其涉及一种具有水位、水温自动调节功能的PEM纯水制氢系统。
背景技术
PEM电解槽工作应用的是恒流源，电解槽在工作中会产生的热量，使得槽内温度升高，而PEM膜的通常使用温度在50-80度左右，温度过高会影响PEM膜的正常使用，现有PEM电解槽通常会配置水冷回路或者直接通过纯水箱的循环水来降温。在电解过程中，水箱内水吸收电解槽产生的热量会持续升高，同时水在电解过程中也会被持续消耗，水箱内的水位和水温就会发生变化，因此需用对水箱内的水温和水位进行调节以维持正常地供水和冷却效果。目前的水箱水位地调节方式采用地是定量调节，即设定一个高水位、低水位，当检测到水位低于低水位时，就需要补水，至水位重新达到高水位，而水温的调节是动态调节的过程，即热交换器是持续工作的。由于高水位是固定地，不管电解槽地消耗水地水量是多少，水箱水温都需要保持地特定温度，在耗水量小地情况下，大部分地冷却都用于维持水温，这就在一定程度上造成了能源地浪费。
因此，现有技术需要改进。
实用新型内容
本实用新型提供一种具有水位、水温自动调节功能的PEM纯水制氢系统，旨在通过电解槽的耗水来来动态调节水箱内的容量，以实现变容控温，有效降低水位、水温在自动调节过程中的耗能。
本实用新型的技术方案如下：
一种具有水位、水温自动调节功能的PEM纯水制氢系统，包括纯水箱、电解槽、冷却回路以及补水管路；所述纯水箱设置在冷却回路上，所述补水管路直通所述纯水箱；所述冷却回路通过分支管路与所述电解槽连接，用于向所述电解槽供水；所述纯水箱通过管路与电解槽连接，用于接收所述电解槽排出地氧气和水；所述纯水箱内设有低水位检测电极、中水位检测电极以及高水位检测电极，所述纯水箱外设置有控制板，所述控制板上设置有与所述低水位检测电极、中水位检测电极以及高水位检测电极对应的水位设定按键，触发所述水位设定按键时能够切换所述低水位检测电极、中水位检测电极以及高水位检测电极来回工作。
可选地，所述冷却回路上设置有第一热交换器，所述第一热交换器的冷却水进水管路上设置有第一流量控制阀，所述纯水箱内设置有温度传感器，所述第一流量控制阀根据所述温度传感器输出的温度信号调节所述第一热交换器冷却书进水管路的进水流量。
可选地，所述补水管路上设置有第二热交换器，所述第二热交换器的冷却水进水管路设置有第二流量控制阀。
可选地，所述第一热交换器和第二热交换器共用同一冷却水进水管路。
可选地，所述冷却水进水管路上设置有压力传感器。
可选地，所述冷却回路上设置有过滤沙缸和陶瓷过滤缸，所述过滤沙缸和所述陶瓷过滤缸位于所述第一热交换器的水箱出水一侧。
根据本实用新型提供的具有水位、水温自动调节功能的PEM纯水制氢系统，通过在纯水箱内设置低水位检测电极、中水位检测电极以及高水位检测电极，在纯水箱外设置有控制板，在控制板上设置有与所述低水位检测电极、中水位检测电极以及高水位检测电极对应的水位设定按键，在制氢前，先根据电解槽的单位制氢量选择合适的水位，从而触发该水位对应的检测电极工作，单位制氢量大时，消耗水量大，选择高水位检测电极工作，补水时以使得纯水箱水位恢复到高水位，以保持足够的纯水供给；当单位制氢量小时，消耗水量，选择中、低水位检测电极工作，以减低纯水箱内的纯水量，减少冷却回路维持纯水水温的能耗；从而在水温、水位的检测基础上，减小系统能耗。
附图说明
图1为本实用新型一实施例中的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明。
如图1所示，本实用新型提供的具有水位、水温自动调节功能的PEM纯水制氢系统，包括纯水箱100、电解槽200、冷却回路31以及补水管路32。纯水箱设置在冷却回路上，补水管路直通纯水箱，纯水箱内的纯水和自补水管路补充的纯水通过冷却回路冷却，从而使得纯水箱内的水维持在一个低温状态，这样当纯水送入电解槽时，能够对电解槽起到一定的冷却效果。冷却回路通过分支管路与电解槽连接，即冷却回路冷却后的纯水一路回流到纯水箱，以降低水箱内的水温，另一路直接供应到电解槽，供电解槽电解制氢。纯水箱通过管路与电解槽连接，电解槽电解过程中产生的氧气和未电解的水通过该管路回流到纯水箱，由于经电解槽回流过来的水温度比较高，因此将纯水箱直接设置在冷却回路上以对回流水加以冷却，避免纯水箱内的水在纯水箱和电解槽的循环流动中持续升高
在本实施例中，在纯水箱内设有三个水位检测电极102，分别为低水位检测电极、中水位检测电极以及高水位检测电极，用于检测水箱内的水位是否达到低水位、中水位还是高水位。同时，在纯水箱内设置液位传感器101，用于检测纯水箱内的水位是否达到补给水位，当液位传感器检测到纯水箱的水位达到补给水位时，说明纯水箱内需要立即补水，此时，就需要立刻向纯水向内补充纯水，以保证纯水箱供水的稳定性。
应当说明的时，三个水位检测电极不能同时工作，例如，当高水位检测电极工作时，中水位和低水位两个检测电极不工作。
在纯水箱外设置有控制板，该控制板上设置有与低水位检测电极、中水位检测电极以及高水位检测电极对应的水位设定按键。用户可以通过触发水位设定按键时来切换不同水位的检测电极工作。具体而言，在制氢前，先根据电解槽的单位制氢量选择合适的水位，触发该水位对应的检测电极工作，单位制氢量较大时，表明单位消耗水量大，水箱内的纯水需要保持在一个高水位才能保证纯水的正常供应，也便于对从电解槽回流过来的循环水进行一个冷却，故此时选择高水位档，连通高水位检测电极的工作电路，这样，在补水过程中，使得纯水箱水位恢复到高水位停止补水。而当电解槽的单位制氢量较小时，表明单位耗水量小，纯水箱内的水无需调整到高水位；由于纯水箱内的水存在两个循环，一个是冷却循环，一个是电解循环，冷却循环是指纯水在冷却回路上的循环，这部分水不会被消耗；而电解循环指的是纯水在纯水箱和电解槽之间的循环，该循环会消耗纯水并导致纯水温度升高，在单位制氢量小的情况下，这部分的循环水量会减小，若依旧保持纯水箱内的高水位，大部分被冷却的纯水并不会进入电解循环，而冷却从电解循环回流过来的水也不需要纯水箱内有超量的冷却纯水进行冷却，为此，在这种情况下，可通过降低水箱内的水位，从而减少冷却所需的耗能，进而降低系统的能耗，从而减少能源浪费。
在本实施例中，冷却回路上设置有第一热交换器311，第一热交换器的冷却水进水管路上设置有第一流量控制阀，纯水箱内设置有温度传感器，温度传感器和第一流量控制阀与控制板电连接。当温度传感器检测到水箱内的温度超出设定范围（高出设定范围的最大值）时，向控制板发送电信号，由控制板根据该电信号发送信号给第一流量控制阀，以控制第一流量控制阀的开度，改变第一热交换器的冷却效率，使得水位恢复到设定范围内。具体地，检测的实时水温与设定范围的最大值的差值越大，第一流量控制阀的开度越大。
在本实施例中，当选择高水位检测电极时，为避免所需的补水量过大导致水温失衡。由于补水管路补充过来的水通常是常温的，在纯水箱内大量补入常温纯水后，会导致纯水箱的水温升高，水温需要多轮冷却循环才能达到设定范围，冷却效率慢。为此，在补水管路上设置有第二热交换器321，并在第二热交换器的冷却水进水管路设置有第二流量控制阀。当系统选择高水位的情况下，在系统进行补水时，控制第二流量控制阀打开，以启动第二热交换器对补水管路中的纯水直接冷却，这样，避免补水后还需要进一步调整第一换热器来对纯水箱内所有的纯水加大冷却的烦闹。
在本实施例中，第一热交换器和第二热交换器共用同一冷却水进水管路。具体而言，第一热交换器和第二热交换器的冷却水进水管路通过四通接头连接，该四通接头剩下的两个接口一个接入外部冷却水，另外一个接入压力传感器，由于需要同时向两个热交换器供水，因此有必要检测冷却水的进水水压，以保证冷却水在两个热交换器内的稳定流动。
在本实施例中，冷却回路上设置有过滤沙缸和陶瓷过滤缸，过滤沙缸和陶瓷过滤缸位于第一热交换器的水箱出水一侧。由于电解槽在工作的同时会有杂质析出，杂质汇聚在纯水箱中，会吸附在检测电极上，影响检测电极的正常工作，为此，通过设置过滤沙缸和陶瓷过滤缸，能够在冷却循环中杂质过滤掉。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种具有水位、水温自动调节功能的PEM纯水制氢系统，其特征在于，包括纯水箱、电解槽、冷却回路以及补水管路；所述纯水箱设置在冷却回路上，所述补水管路直通所述纯水箱；所述冷却回路通过分支管路与所述电解槽连接，用于向所述电解槽供水；所述纯水箱通过管路与电解槽连接，用于接收所述电解槽排出地氧气和水；所述纯水箱内设有低水位检测电极、中水位检测电极以及高水位检测电极，所述纯水箱外设置有控制板，所述控制板上设置有与所述低水位检测电极、中水位检测电极以及高水位检测电极对应的水位设定按键，触发所述水位设定按键时能够切换所述低水位检测电极、中水位检测电极以及高水位检测电极来回工作。
2.根据权利要求1所述的具有水位、水温自动调节功能的PEM纯水制氢系统，其特征在于，所述冷却回路上设置有第一热交换器，所述第一热交换器的冷却水进水管路上设置有第一流量控制阀，所述纯水箱内设置有温度传感器，所述第一流量控制阀根据所述温度传感器输出的温度信号调节所述第一热交换器冷却书进水管路的进水流量。
3.根据权利要求2所述的具有水位、水温自动调节功能的PEM纯水制氢系统，其特征在于，所述补水管路上设置有第二热交换器，所述第二热交换器的冷却水进水管路设置有第二流量控制阀。
4.根据权利要求2或3所述的具有水位、水温自动调节功能的PEM纯水制氢系统，其特征在于，所述第一热交换器和第二热交换器共用同一冷却水进水管路。
5.根据权利要求4所述的具有水位、水温自动调节功能的PEM纯水制氢系统，其特征在于，所述冷却水进水管路上设置有压力传感器。
6.根据权利要求2所述的具有水位、水温自动调节功能的PEM纯水制氢系统，其特征在于，所述冷却回路上设置有过滤沙缸和陶瓷过滤缸，所述过滤沙缸和所述陶瓷过滤缸位于所述第一热交换器的水箱出水一侧。
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