CN219657255U - 制氢装置取样系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种制氢装置取样系统，属于电解水制氢技术领域。所述制氢装置取样系统包括气液分离器、多个电解槽和取样容器，所述多个电解槽的排气口分别与所述气液分离器连接，多个所述电解槽的排气口分别通过分支管与所述取样容器的进口连接，且各所述分支管上均设有取样控制阀，所述取样容器的出口用于与分析仪连接。通过设置所述取样容器和所述分支管，控制所述取样控制阀的开关以使各电解槽可以分别与所述取样容器连通，在不影响制氢装置的正常运作的情况下，可以实现对各电解槽单独取样，并及时准确地判断单个电解槽的工作情况，发生问题可以及时检修。

Description

制氢装置取样系统

技术领域

本申请属于电解氧制氢技术领域，尤其涉及一种制氢装置取样系统。

背景技术

电解水制氢装置为了获得更大的制氢能力且减少设备占地面积和投资，使用多台电解槽共用一套气液分离设备的设计逐渐成为一种趋势。当前对于“多合一”制氢装置的气体纯度检测通常做法是直接对多台电解槽排出的混合气体进行检测，该方法存在的弊端是某台电解槽出现故障时无法及时发现，并且难以判断是哪一台电解槽出现的故障。

实用新型内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种制氢装置取样系统，在多台电解槽共用一套气液分离设备时，对各电解槽的排气分别采样分析，可及时、准确地检测出发生故障的电解槽。

本申请提供了一种制氢装置取样系统，包括：

气液分离器；

多个电解槽，所述多个电解槽的排气口分别与所述气液分离器连接；

取样容器，多个所述电解槽的排气口分别通过分支管与所述取样容器的进口连接，且各所述分支管上均设有取样控制阀，所述取样容器的出口用于与分析仪连接。

根据本申请的制氢装置取样系统，通过设置所述取样容器和所述分支管，控制所述取样控制阀的开关以使各电解槽可以分别与所述取样容器连通，在不影响制氢装置的正常运作的情况下，可以实现对各电解槽单独取样，并及时准确地判断单个电解槽的工作情况，发生问题可以及时检修，并且，通过单独设置取样容器，系统结构设计简单，稳定性强，容易在原有的制氢装置上直接改造，改造成本低。

根据本申请的一个实施例，所述取样容器的进口设有总控制阀，各所述分支管通过总控制阀与所述取样容器连通。

根据本申请的一个实施例，所述取样容器还设有排液口，所述排液口与所述气液分离器连接。

根据本申请的一个实施例，所述排液口与所述气液分离器之间设有循环泵。

根据本申请的一个实施例，还包括：

控制器，所述取样容器上设有液位传感器，所述控制器分别与所述循环泵和所述液位传感器电连接，所述控制器设置为根据所述液位传感器的信号控制所述循环泵工作。

根据本申请的一个实施例，还包括冷却器，所述冷却器的进口与所述取样容器的出口连接，所述冷却器的出口用于与分析仪连接。

根据本申请的一个实施例，还包括净化器，所述净化器的进口与所述冷却器的出口连接，所述净化器的出口用于与所述分析仪连接。

根据本申请的一个实施例，还包括：

控制器，所述冷却器和所述净化器之间的管路上设有采样控制阀，所述取样容器上设有压力传感器，所述控制器分别与所述采样控制阀和所述压力传感器电连接，所述控制器设置为根据所述压力传感器的信号控制所述采样控制阀工作。

根据本申请的一个实施例，所述冷却器与所述采样控制阀之间还设有温度传感器，所述控制器与所述温度传感器电连接，所述控制器设置为根据所述温度传感器的信号控制所述采样控制阀工作。

根据本申请的一个实施例，所述取样容器的出口与所述采样控制阀之间的管路旁通有放空管，所述放空管设有放空控制阀，所述控制器与所述放空控制阀电连接，所述控制器设置为根据所述压力传感器的信号控制所述放空控制阀工作。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施例提供的制氢装置取样系统的结构示意图。

附图标记：

气液分离器10；

电解槽20、分支管21、取样控制阀22；

取样容器30、总控制阀31、压力传感器32、液位传感器33、采样控制阀34；

循环泵40；

冷却器50、温度传感器51；

净化器60；

放空管70、放空控制阀71。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参考图1描述根据本申请实施例的制氢装置取样系统。

在本实施方式中，制氢装置取样系统包括气液分离器10、多个电解槽20和取样容器30。

气液分离器10一般设有两个，包括氧气气液分离器10和氢气气液分离器10，氧气气液分离器10用于收集多个电解槽20排出的氧气电解液混合气体，并对其气液分离以获取纯净的氧气；氢气气液分离器10用于收集多个电解槽20排出的氢气电解液混合气体，并对其气液分离以获取纯净的氢气。

多个电解槽20顺序排列，用于分解水分子以获取氢气和氧气。

取样容器30为独立设置在制氢装置之外的单独容器，取样容器30一般设置为可起到一定气液分离作用的容器，可以理解的是，对于取样容器30的具体结构形式不做限制，可以是取样罐或者取样箱等。在本实施方式中，多个电解槽20的排气口分别与气液分离器10连接，多个电解槽20的排气口分别通过分支管21与取样容器30的进口连接。

多个电解槽20的排气口包括氧气排气口和氢气排气口，氧气排气口对应与氧气气液分离器10连接，氢气排气口对应于氢气气液分离器10连接，在多个电解槽20的排气口与对应气液分离器10连接的管路上，均旁通有一个分支管21以与取样容器30的进口连接，以对电解槽20排出的气体取样。

需要说明的是，高纯度的氧气与高纯度的氢气混合容易发生爆燃造成安全事故，因此对应氧气侧和氢气侧分别设有对应取样容器30(在附图中未标出位于氢气侧的取样容器30)，用于分别对氧气电解液混合气体和氢气电解液混合物取样。

基于上述方案，取样容器30有多种设置方式：

其一，在只需要对氧气进行检测时，取样容器30设置在氧气侧，并对电解槽20排出的氧气电解液混合气体采样分离。

其二，在只需要对氢气进行检测时，取样容器30设置在氢气侧，并对电解槽20排出的氢气电解液混合气体采样分离，需要说明的是，氢气侧的取样容器30与氧气侧的取样容器30并不通用。

其三，在对氧气和氢气都需要检测时，在氧气侧和氢气侧分别设置取样容器30，设置在氧气侧的取样容器30用于对电解槽20排出的氧气电解液混合气体采样收集，设置在氢气侧的取样容器30用于对电解槽20排出的氢气电解液混合气体采样收集。

在下文中以在氧气侧设置取样容器30的取样系统为实施例做详细描述。

在本实施方式中，各分支管21上均设有取样控制阀22。

取样控制阀22为可控制分支管21通断的阀，一般为电控气动阀或者电动阀，以便于自动化控制，在需要对对应的电解槽20进行取样时，通过电路控制对应的取样控制阀22开启，将电解槽20排出的气体通过分支管21引入取样容器30内完成取样。

可以理解的是，取样控制阀22也可以是手动阀门，且不管是电控阀还是手动阀，对于取样控制阀22的具体选型不做限制，可以是蝶阀、闸阀或者球阀等制氢装置领域常用的阀门，具体尺寸规格根据管路设计确定。

在本实施方式中，取样容器30的出口用于与分析仪连接。

取样容器30在对气体取样后，对氧气电解液混合气体处理后将分离出的氧气输送到气体分析仪进行检测，该分析仪可以对气体的各项指标进行检测，针对实际需求设置。

需要说明的是，在另外的实施方式中，取样容器30的出口还可以与其他仪器或者收容装置连接，以作其他用途，在此不做限制。

本实施方式因为采用了单独的取样容器30，多个分支管21将多个电解槽20的排气口与取样容器30连接，多个取样控制阀22分别控制各分支管21路的通断，解决了多个电解槽20共用气液分离器10时无法对各电解槽20单独检测的技术问题，当某个或者某几个电解槽20发生故障时，可以在不停机的情况下，通过控制各取样控制阀22的开关依次对各个电解槽20分别取样检测，并对取样检测结果有问题的电解槽20停机检修即可。。

此外，通过单独设置取样容器30，容易在原有的制氢装置基础上进行改进，只需在原有制氢装置的管路上，加设分支管21和取样控制阀22连接到取样容器30即可，对于原有制氢装置的影响极小，安装改造方便，改造成本低。

根据本实施例提供的制氢装置取样系统，通过设置取样容器30和分支管21，控制取样控制阀22的开关以使各电解槽20可以分别与取样容器30连通，在不影响制氢装置的正常运作的情况下，可以实现对各电解槽20单独取样，并及时准确地判断单个电解槽20的工作情况，发生问题可以及时检修，提高检测效率和检测精准度。

在一些实施例中，取样容器30的进口设有总控制阀31，各分支管21通过总控制阀31与取样容器30连通。

总控制阀31靠近取样容器30设置，用于控制取样容器30的进口的开关，在实际取样过程中，首先打开对应需要取样的取样控制阀22，再缓慢打开总控制阀31，取样完毕后关闭取样控制阀22和总控制阀31，以保证取样容器30内的压力，通过设置总控制阀31防止取样容器30内的气体向分支管21内回流。

需要说明的是，总控制阀31的具体形式在此同样不做限制。

在一些实施例中，取样容器30还设有排液口，排液口与气液分离器10连接。

取样容器30内可以将取样后的气液混合气体分离为气体和液体，排液口一般设置在取样容器30的下部，通过将排液口连接到气液分离器10，可将分离后的电解液回流到制氢装置中，起到保持系统物料的平衡的作用，避免因为取样导致电解液的流失。

可以理解的是，基于上述实施例，设置在氧气侧的取样容器30的排液口与对应的氧气气液分离器10连接，设置在氢气侧的取样容器30的排液口与对应的氢气气液分离器10连接。

在另外的实施例中，排液口还可以与电解槽20连接，将电解液直接回流到电解槽20，根据具体需求设置。

在一些实施例中，排液口与气液分离器10之间设有循环泵40。

通过循环泵40驱动电解液向气液分离器10回流，使取样容器30的位置设置更加灵活，取样容器30的排液口可以设置在气液分离器10的回液口的下侧，也可以将取样容器30与制氢装置的设置间隔增大。

需要说明的是，在不设置循环泵40时，需在排液口设置排液控制阀，以控制取样容器30的排液，避免将取样容器30内的液体排空。

在一些实施例中，制氢装置取样系统还包括控制器。

通过控制器指导控制整个系统的自动化运作。

取样容器30上设有液位传感器33，控制器与液位传感器33电连接，控制器设置为根据液位传感器33的信号控制循环泵40工作。

在进行取样过程中，可能存在在取样容器30内分离后的气体量不足，但是液位已经到达高位，此时必须要先进行排液，将液位排放至低位时再继续取样，通过设置液位传感器33检测取样容器30内的液位高度，设定取样容器30内的液面高位和低位，并通过控制器实时监测。

在实际工作时，控制器还与总控制阀31电连接，当检测到取样容器30内的液位到达高位的信号时，控制器控制总控制阀31关闭，暂停取样，并控制循环泵40开启将电解液从取样容器30的排液口排出，直至检测到取样容器30内的液位到达低位的信号时，控制循环泵40关停，并控制总控制阀31打开继续取样。

在一些实施例中，制氢装置取样系统还包括冷却器50，冷却器50的进口与取样容器30的出口连接，冷却器50的出口用于与分析仪连接。

由于在电解过程中会产生大量的热，因此取样后的气体温度较高，冷却器50用于将取样容器30内输送向分析仪的气体进行冷却，以避免气体温度过高对分析仪造成不可逆的损伤，保护分析仪，同时冷却器50还可以使气体中的水分冷凝，起进一步干燥气体的作用。

可以理解的是，冷却器50的具体形式在此不做限制，可以是市面上常用的各种冷却器50。

在一些实施例中，制氢装置取样系统还包括净化器60，净化器60的进口与冷却器50的出口连接，净化器60的出口用于与分析仪连接。

通过设置净化器60对取样容器30排出的气体进一步净化，过滤掉其中的细小颗粒和杂质，提高检测精度，并保护分析仪。

在一些实施例中，冷却器50和净化器60之间的管路上设有采样控制阀34。

通过设置采样控制阀34控制取样容器30内气体的排出，在实际采样检测过程中，一般先关闭采样控制阀34，待采集到达到检测需求的气体后再开启采集控制阀进行检测，保证检测的连续性，进而保证分析仪的检测效果。

同时，采样控制阀34设置在冷却器50和净化器60之间可以起到保护净化器60的作用，对于需要输送到分析仪的气体进行净化，减少净化器60的保养次数。

可以理解的是，采样控制阀34的型号和规格在此同样不做限制。

在本实施方式中，取样容器30上设有压力传感器32，采样控制阀34、总控制阀31和压力传感器32分别与控制器电连接，控制器设置为根据压力传感器32的信号控制采样控制阀34和总控制阀31工作。

需要说明的是，若采样容器内的压力不足，则可能导致采集的气体不足够一次分析所用，就需要再次采集，各工序需要再重复执行一次，影响检测效率，若采样容器内的压力过高，则可能导致采样控制阀34打开后冲出的气压过高，气流速度过快同样不适于分析仪检测，甚至可能对分析仪造成损伤。

因此，通过设置压力传感器32检测采样容器内的气体压力，并通过控制器实时监测，以判断是否采集到的气体是否足够进行一次检测，且压力不会过高，待检测到压力传感器32的压力信号达到检测要求后，先控制总控制阀31关闭，再控制采样控制阀34打开，将气体输送至分析仪进行检测。

在一些实施例中，冷却器50与采样控制阀34之间还设有温度传感器51，控制器与温度传感器51电连接，控制器设置为根据温度传感器51的信号控制采样控制阀34工作。

通过设置温度传感器51以检测经冷却器50降温后的气体温度是否达到设定的温度标准，并通过控制器实时监测，以避免气体温度过高对分析仪造成影响。

在采样分析过程中，控制器根据压力传感器32的压力信号以及温度传感器51的温度信号控制采样控制阀34工作，当两个信号都达到设定标准时，采样控制阀34开启。

在一些实施例中，取样容器30的出口与采样控制阀34之间的管路旁通有放空管70，放空管70设有放空控制阀71，放空控制阀71与控制器电连接，控制器设置为根据压力传感器的信号控制放空控制阀71工作。

通过设置放空管70，在分析完毕后可将取样容器30内多余的气体排空，防止剩余的气体过多影响后续的分析检测，通过放空控制阀71控制放空管70的通断，可以理解的是，放空控制阀71的型号和规格在此同样不做限制，根据实际情况选择。

在放空过程中，当压力传感器32的压力信号达到微正压的状态时，控制放空控制阀71关闭，使取样容器30保持在微正压状态，避免外界空气渗入取样容器30内对内部气体造成污染，影响后续的检测效果。

需要说明的是，对于氢气侧的取样系统，同样适配上述所有实施例，但由于氢气具有易燃的特质，需再氢气侧放空管70上加装阻火器，避免意外安全事故。

根据本申请的制氢装置取样系统，控制器控制制氢装置取样系统的取样分析方法包括以下步骤：

步骤一：首先对各控制阀状态、液位传感器33以及压力传感器32进行自检，自检通过以后自动打开分支管21根部取样控制阀22，然后缓慢打开总控制阀31。

各控制阀自检确定处于关闭位置，液位传感器33和压力传感器32均正常工作，并且液位信号和压力信号处于正常设定区间。

步骤二：当取样容器30压力升至第一设定压力值时关闭电解槽20分支管21根部的取样控制阀22和总控制阀31。

第一设定压力值为刚好足够一次检测的气体压力，此时可以停止取样，保证后续排气时取样容器30内压力稳定，便于控制。

步骤三：当温度传感器51检测到气相温度小于设定温度值时自动打开采样控制阀34进行气体纯度的检测，第一设定时间后自动关闭采样控制阀34。

设定温度值为确定不会损伤分析仪的气体温度，第一设定时间为设定好足够分析仪完成对气体的检测的时间，检测完毕后自动关闭采样控制阀34停止检测。

步骤四：随后自动启动循环泵40，将分离后的液体转移至氢气气液分离器10或者氧气气液分离器10，当取样容器30内液位低至低液位值时循环泵40停止工作。

分离后的电解液通过循环泵40回流至制氢装置，本实施方式中电解液回流至气液分离器10，再另一实施方式中也可以回流至电解槽20内，当检测到液位传感器33的信号为低液位信号时，控制循环泵40停止工作。

步骤五：接着自动打开放空管70上的放空控制阀71对取样容器30进行泄压，当压力低于第二压力设定值时自动关闭放空控制阀71。

控制放空控制阀71打开将取样容器30内的多余气体放空，以便于进行下一次的检测工作，第二设定压力值略微高于大气压力，使取样容器30内保持微正压状态，防止外界的空气进入到取样容器30内造成污染。

步骤六：隔第二设定时间重复步骤一至五，进行下一次取样。

第二设定时间为设定好进行循环检测的时间，每隔一段时间对各个电解槽20依次检测，以及时发现出现问题的电解槽20。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述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申请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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种制氢装置取样系统，其特征在于，包括：

气液分离器；

多个电解槽，所述多个电解槽的排气口分别与所述气液分离器连接；

取样容器，多个所述电解槽的排气口分别通过分支管与所述取样容器的进口连接，且各所述分支管上均设有取样控制阀，所述取样容器的出口用于与分析仪连接。

2.根据权利要求1所述的制氢装置取样系统，其特征在于，所述取样容器的进口设有总控制阀，各所述分支管通过所述总控制阀与所述取样容器连通。

3.根据权利要求1所述的制氢装置取样系统，其特征在于，所述取样容器还设有排液口，所述排液口与所述气液分离器连接。

4.根据权利要求3所述的制氢装置取样系统，其特征在于，所述排液口与所述气液分离器之间设有循环泵。

5.根据权利要求4所述的制氢装置取样系统，其特征在于，还包括：

控制器，所述取样容器上设有液位传感器，所述控制器分别与所述循环泵和所述液位传感器电连接，所述控制器设置为根据所述液位传感器的信号控制所述循环泵工作。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的制氢装置取样系统，其特征在于，还包括冷却器，所述冷却器的进口与所述取样容器的出口连接，所述冷却器的出口用于与分析仪连接。

7.根据权利要求6所述的制氢装置取样系统，其特征在于，还包括净化器，所述净化器的进口与所述冷却器的出口连接，所述净化器的出口用于与所述分析仪连接。

8.根据权利要求7所述的制氢装置取样系统，其特征在于，还包括：

控制器，所述冷却器和所述净化器之间的管路上设有采样控制阀，所述取样容器上设有压力传感器，所述控制器分别与所述采样控制阀和所述压力传感器电连接，所述控制器设置为根据所述压力传感器的信号控制所述采样控制阀工作。

9.根据权利要求8所述的制氢装置取样系统，其特征在于，所述冷却器与所述采样控制阀之间还设有温度传感器，所述控制器与所述温度传感器电连接，所述控制器设置为根据所述温度传感器的信号控制所述采样控制阀工作。

10.根据权利要求8所述的制氢装置取样系统，其特征在于，所述取样容器的出口与所述采样控制阀之间的管路旁通有放空管，所述放空管设有放空控制阀，所述控制器与所述放空控制阀电连接，所述控制器设置为根据所述压力传感器的信号控制所述放空控制阀工作。