CN219709603U - 一种能够防止碱液回流至充氮总阀的电解水制氢系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种能够防止碱液回流至充氮总阀的电解水制氢系统，属于水电解制氢技术领域，包括电解槽、氢侧分离器、氧侧分离器以及氮气供气管路，氢侧分离器和氧侧分离器位于同一安装高度，电解槽的氧气出口和氢气出口分别与氧侧分离器、氢侧分离器连接，氧侧分离器底部的液位平衡连通口和氢侧分离器底部的液位平衡连通口通过液相平衡管连接，氮气供气管路包括依次连通的供氮管段、防回流管段以及进氮管段，供氮管段通过氧侧氮气支管和氢侧氮气支管分别与液相平衡管的两端连接，防回流管段位于安装高度的上方，进氮管段通过氮气总阀与氮气供气系统连接。利用高度差可有效的避免碱液积聚在氮气总阀处的问题，继而避免结晶喷溅的风险。
Description
技术领域
本实用新型涉及水电解制氢技术领域，特别是涉及一种能够防止碱液回流至充氮总阀的电解水制氢系统。
背景技术
电解水制氢设备通常包括电解槽、氢侧分离器以及氧侧分离器，电解槽电解产生的氢气会随碱液进入氢侧分离器内，电解产生的氧气随碱液进入氧侧分离器内，氢侧分离器以及氧侧分离器在工作状态下，其下半部会充满碱液，上半部会充满气体，通过排气口便可将上部气体排入氢气、氧气收集设备中。为了保证氢侧分离器与氧侧分离器内的碱液液位齐平，氢侧分离器与氧侧分离器的底部通常会通过液相平衡管连接。
在水电解制氢前或对管路进行检修置换时，需要将氢侧分离器和氧侧分离器内部的气体置换成惰性气体氮气，以防止氢气或氧气与空气混合后，出现误引燃而爆炸风险。目前氮气置换管路通常通过氮气总阀连接在液相平衡管上，通过氮气置换管路向液相平衡管内注入氮气，然后氮气通过液相平衡管再分别进入氢侧分离器和氧侧分离器内将内部气体置换出来。但由于液相平衡管低于氢、氧汽液分离器，在充氮结束时氢、氧汽液分离器内的碱液会在重力和压力的作用下流到液相平衡管内，然后顺着流入充氮管线内，并最终流至氮气总阀处，造成碱液积存，积存的碱液会有结晶腐蚀喷溅的危险，因此目前的设计存在较大的安全隐患。为此，专利号为“202123157913.9”，专利名称为“一种水电解制氢自动充氮置换装置”，在氮气总阀与液相平衡管之间设置了止回阀，以避免碱液流至氮气总阀处，但此种方式也仅是使液碱堆积在了止回阀处，而碱液长期聚集在止回阀处，同样有泄漏的风险。
实用新型内容
本实用新型的目的是解决上述技术问题，提供一种能够防止碱液回流至充氮总阀的电解水制氢系统，氮气供气管路的防回流管段位于安装高度的上方，倒流的碱液无法越过防回流管段进入供氮管段内，利用高度差有效的避免了因碱液积聚在氮气总阀处问题，继而避免了结晶喷溅的风险。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型公开了一种能够防止碱液回流至充氮总阀的电解水制氢系统，其特征在于，包括电解槽、氢侧分离器、氧侧分离器以及氮气供气管路，所述氢侧分离器和所述氧侧分离器位于同一安装高度，所述电解槽的氧气出口和氢气出口分别与所述氧侧分离器的进液口、所述氢侧分离器的进液口连接，所述氧侧分离器底部的液位平衡连通口和所述氢侧分离器底部的液位平衡连通口通过液相平衡管连接，所述氮气供气管路包括依次连通的供氮管段、防回流管段以及进氮管段，所述供氮管段通过氧侧氮气支管和氢侧氮气支管分别与所述液相平衡管靠近氧侧分离器的一端和靠近氢侧分离器的一端连接，所述防回流管段位于所述安装高度的上方，所述进氮管段通过氮气总阀与氮气供气系统连接。
优选地，所述防回流管段和所述安装高度的高度差为20～40cm。
优选地，所述供氮管段竖向设置，所述供氮管段的顶部与所述防回流管段连通，所述供氮管段的底部通过三通阀与所述氧侧氮气支管和氢侧氮气支管连通。
优选地，所述进氮管段上设有止回阀。
优选地，所述止回阀与所述氮气总阀通过平肩接头连接。
优选地，所述氧侧氮气支管和所述氢侧氮气支管上均设有球阀。
优选地，所述氧侧氮气支管和所述氢侧氮气支管均通过变径接头和所述液相平衡管连接。
优选地，所述氧侧分离器的排气口通过氧气洗涤器与氧气收集系统连接。
优选地，所述氢侧分离器的排气口通过氢气洗涤器与氢气收集系统连接。
优选地，所述电解槽的进液口与碱液供液系统循环连接，所述碱液供液系统包括碱液储箱和碱液换热器，所述碱液储箱通过循环泵与所述碱液换热器连接，所述碱液换热器与所述电解槽的进液口循环连接。
本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
1.本实用新型中氮气供气管路的防回流管段位于安装高度的上方，即位于氢侧分离器、氧侧分离器的上方，当停止充氮时，由于防回流管段和氢侧分离器、氧侧分离器具有高度差，倒流的碱液无法越过防回流管段，进入供氮管段内，因此便不会积聚在氮气总阀处，继而可避免造成结晶喷溅的风险。
2.本实用新型中防回流管段和安装高度的高度差为20～40cm，高度差过低无法起到防止倒流效果，高度差过高则浪费材料。
3.本实用新型中进氮管段上增设了止回阀，可防止氮气倒流，避免氮气携带少了碱液积聚在氮气总阀处。
4.本实用新型中氧侧氮气支管和氢侧氮气支管上均设有球阀，可根据需要灵活启闭，可实现氧侧分离器或氢侧分离器的单独氮气置换，也可实现氧侧分离器和氢侧分离器同时氮气置换，同时也能够防止碱液回流。
5.本实用新型中氧侧氮气支管和氢侧氮气支管均通过变径接头和液相平衡管连接，变径接头可以解决管道连接时不同口径的问题，同时还具有减震降噪的作用。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为电解水制氢系统的结构示意图；
图2为氢侧分离器、氧侧分离器以及氮气供气管路的位置关系图。
附图标记说明：1、电解槽；2、氢侧分离器；3、氧侧分离器；4、氢气洗涤器；5、氧气洗涤器；6、碱液储箱；7、碱液换热器；8、循环泵；9、液相平衡管；10、氮气供气系统；11、供氮管段；12、防回流管段；13、进氮管段；14、氧侧氮气支管；15、氢侧氮气支管；16、止回阀；17、氮气总阀；18、平肩接头；19、球阀；20、变径接头。
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一部实施例，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做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。
本实施例提供了一种能够防止碱液回流至充氮总阀的电解水制氢系统，如图1至图2所示，包括电解槽1、氢侧分离器2、氧侧分离器3以及氮气供气管路。氢侧分离器2和氧侧分离器3位于同一安装高度，作为优选地氢侧分离器2和氧侧分离器3分设在电解槽1的两侧。电解槽1的氧气出口和氧侧分离器3的进液口连通，电解槽1内电解产生的氧气会随碱液进入氧侧分离器3内。电解槽1的氢气出口与氢侧分离器2的进液口连接，电解槽1内电解产生的氢气会随碱液进入氢侧分离器2的内部。氧侧分离器3底部的液位平衡连通口和氢侧分离器2底部的液位平衡连通口通过液相平衡管9连接。氮气供气管路包括依次连通的供氮管段11、防回流管段12以及进氮管段13。其中供氮管段11的出气端通过三通连接有氧侧氮气支管14和氢侧氮气支管15，氧侧氮气支管14的出气端与液相平衡管9靠近氧侧分离器3的一端连接，氢侧氮气支管15的出气端与液相平衡管9靠近氢侧分离器2的一端连接。防回流管段12位于安装高度的上方，即位于氢侧分离器2、氧侧分离器3的上方。进氮管段13通过氮气总阀17与氮气供气系统10连接。
检修或者电解前：打开氮气总阀17，氮气会通过氮气供气系统10依次经过进氮管段13、防回流管段12以及供氮管段11进入氧侧氮气支管14和氢侧氮气支管15中，然后通过氧侧氮气支管14和氢侧氮气支管15分别通入液相平衡管9的两端，然后分别进入氧侧分离器3、氢侧分离器2内进行氮气置换。当停止充氮时，关闭氮气总阀17，虽然氧侧分离器3、氢侧分离器2内部分碱液会通过液相平衡管9进入氧侧氮气支管14和氢侧氮气支管15中时，但由于防回流管段12位于氢侧分离器2、氧侧分离器3的上方，因此在高度差下，最终碱液无法越过防回流管段12，进入供氮管段11内，继而可防止碱液堆积在氮气总阀17处，造成结晶喷溅的风险。
进一步，本实施例中，如图1至图2所示，防回流管段12和安装高度的高度差为20～40cm，即防回流管段12和氢侧分离器2、氧侧分离器3的顶部之间的高度差为20～40cm。高度差过低无法起到防止倒流效果，高度差过高则浪费材料。作为优选地，高度差为30cm，效果最好。
本实施例中，如图1至图2所示，供氮管段11竖向设置，供氮管段11的顶部与防回流管段12连通，防回流管段12水平设置。供氮管段11的底部通过三通阀与氧侧氮气支管14和氢侧氮气支管15连通。
进一步，本实施例中，如图1至图2所示，进氮管段13上设有止回阀16，防止氮气倒流。
进一步，本实施例中，如图1至图2所示，止回阀16与氮气总阀17通过平肩接头18连接。平肩接头18和氮气供气系统10通过挠性软管连接。
本实施例中，如图1至图2所示，氧侧氮气支管14和氢侧氮气支管15上均设有球阀19。停止充氮时，先关闭氧侧氮气支管14和氢侧氮气支管15上的球阀19，然后再关闭氮气总阀17。球阀19设置，使得氧侧氮气支管14和氢侧氮气支管15可根据需要灵活开闭，如只需置换氢侧分离器2时，就先关闭氧侧氮气支管14上的球阀19，开启氢侧氮气支管15上的球阀19，只置换氧侧分离器3内的气体时，则关闭氢侧氮气支管15上的球阀19，开启氧侧氮气支管14上的球阀19。
本实施例中，如图1至图2所示，氧侧氮气支管14和氢侧氮气支管15各自通过一个变径接头20和液相平衡管9连接。变径接头20可以解决管道连接时不同口径的问题，同时还具有减震降噪的作用。
本实施例中，如图1至图2所示，氧侧分离器3的排气口通过氧气洗涤器5与氧气收集系统连接。氧气收集系统如储氧罐。作为优选地，氧气洗涤器5可依次通过氧侧压力调节器、氧侧水封槽与储氧罐连接。
进一步，本实施例中，如图1至图2所示，氢侧分离器2的排气口通过氢气洗涤器4与氢气收集系统连接。氢气收集系统如储氢罐。作为优选地，氢气洗涤器4可依次通过氢侧压力调节器、平衡箱以及冷却器与储氧罐连接。
本实施例中，如图1至图2所示，电解槽1的进液口与碱液供液系统循环连接，碱液供液系统包括碱液储箱6和碱液换热器7，碱液储箱6通过循环泵8与碱液换热器7连接，碱液换热器7与电解槽1的进液口循环连接。作为优选地，碱液换热器7与电解槽1的进液口之间还可设置一个碱液过滤器。
本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (10)
1.一种能够防止碱液回流至充氮总阀的电解水制氢系统，其特征在于，包括电解槽、氢侧分离器、氧侧分离器以及氮气供气管路，所述氢侧分离器和所述氧侧分离器位于同一安装高度，所述电解槽的氧气出口和氢气出口分别与所述氧侧分离器的进液口、所述氢侧分离器的进液口连接，所述氧侧分离器底部的液位平衡连通口和所述氢侧分离器底部的液位平衡连通口通过液相平衡管连接，所述氮气供气管路包括依次连通的供氮管段、防回流管段以及进氮管段，所述供氮管段通过氧侧氮气支管和氢侧氮气支管分别与所述液相平衡管靠近氧侧分离器的一端和靠近氢侧分离器的一端连接，所述防回流管段位于所述安装高度的上方，所述进氮管段通过氮气总阀与氮气供气系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种能够防止碱液回流至充氮总阀的电解水制氢系统，其特征在于，所述防回流管段和所述安装高度的高度差为20～40cm。
3.根据权利要求2所述的一种能够防止碱液回流至充氮总阀的电解水制氢系统，其特征在于，所述供氮管段竖向设置，所述供氮管段的顶部与所述防回流管段连通，所述供氮管段的底部通过三通阀与所述氧侧氮气支管和氢侧氮气支管连通。
4.根据权利要求3所述的一种能够防止碱液回流至充氮总阀的电解水制氢系统，其特征在于，所述进氮管段上设有止回阀。
5.根据权利要求4所述的一种能够防止碱液回流至充氮总阀的电解水制氢系统，其特征在于，所述止回阀与所述氮气总阀通过平肩接头连接。
6.根据权利要求1所述的一种能够防止碱液回流至充氮总阀的电解水制氢系统，其特征在于，所述氧侧氮气支管和所述氢侧氮气支管上均设有球阀。
7.根据权利要求6所述的一种能够防止碱液回流至充氮总阀的电解水制氢系统，其特征在于，所述氧侧氮气支管和所述氢侧氮气支管均通过变径接头和所述液相平衡管连接。
8.根据权利要求1所述的一种能够防止碱液回流至充氮总阀的电解水制氢系统，其特征在于，所述氧侧分离器的排气口通过氧气洗涤器与氧气收集系统连接。
9.根据权利要求8所述的一种能够防止碱液回流至充氮总阀的电解水制氢系统，其特征在于，所述氢侧分离器的排气口通过氢气洗涤器与氢气收集系统连接。
10.根据权利要求1所述的一种能够防止碱液回流至充氮总阀的电解水制氢系统，其特征在于，所述电解槽的进液口与碱液供液系统循环连接，所述碱液供液系统包括碱液储箱和碱液换热器，所述碱液储箱通过循环泵与所述碱液换热器连接，所述碱液换热器与所述电解槽的进液口循环连接。
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