CN220685255U - 电解水制氢系统和制氢场站 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电解水制氢系统和制氢场站，属于制氢技术领域。所述电解水制氢系统，包括：电解槽；气液分离器，所述气液分离器与所述电解槽相连；碱液冷却器，所述碱液冷却器与所述气液分离器相连，且所述碱液冷却器具有排空口；集水器，所述集水器与所述碱液冷却器的排空口相连，且所述集水器具有用于排空气体的排气口。根据本申请提供的电解水制氢系统，通过将集水器与碱液冷却器的排空口相连，可在排空碱液冷却器中析出的气体时减少喷碱事故的发生，提高操作人员在工作过程中的安全性。

Description

电解水制氢系统和制氢场站

技术领域

本申请属于制氢技术领域，尤其涉及一种电解水制氢系统和制氢场站。

背景技术

常规的碱性电解水制氢装置的运行压力较高，当制氢装置停机泄压时，原本溶解在碱液中的一部分氢气和氧气会随着制氢装置压力的降低而析出，析出的氢气和氧气容易堆积在碱液冷却器的死区中无法排出，若直接在碱液冷却器的排空口排空气体会产生喷碱事故，从而对现场操作人员产生严重的安全事故。

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，本申请提出一种电解水制氢系统和制氢场站，可在排空碱液冷却器中析出的气体时减少喷碱事故的发生，提高操作人员在工作过程中的安全性。

第一方面，本申请提供了一种电解水制氢系统，包括：

电解槽；

气液分离器，所述气液分离器与所述电解槽相连；

碱液冷却器，所述碱液冷却器与所述气液分离器相连，且所述碱液冷却器具有排空口；

集水器，所述集水器与所述碱液冷却器的排空口相连，且所述集水器具有用于排空气体的排气口。

根据本申请实施例提供的电解水制氢系统，通过将集水器与碱液冷却器的排空口相连，可在排空碱液冷却器中析出的气体时减少喷碱事故的发生，提高操作人员在工作过程中的安全性。

根据本申请的一个实施例，所述集水器的排空口设有阀门，所述阀门用于开启或关闭所述集水器的排空口。

根据本申请的一个实施例，还包括：

第一压力传感器，所述第一压力传感器用于采集所述电解水制氢系统的压力数据；

控制器，所述控制器与所述第一压力传感器电连接，且所述控制器用于基于所述第一压力传感器采集的压力数据控制所述阀门。

根据本申请的一个实施例，所述控制器包括：

第一比较器，所述第一比较器适于与所述第一压力传感器电连接，用于将所述第一压力传感器采集的压力数据与第一目标阈值比较；

第一处理器，所述第一处理器与所述第一比较器电连接，用于基于比较结果输出控制指令，所述控制指令用于控制所述阀门。

根据本申请的一个实施例，还包括：

第二压力传感器，所述第二压力传感器用于采集所述集水器内的压力数据；

控制器，所述控制器与所述第二压力传感器电连接，且所述控制器用于基于所述第二压力传感器采集的压力数据控制所述阀门。

根据本申请的一个实施例，所述控制器包括：

第二比较器，所述第二比较器适于与所述第二压力传感器电连接，用于将所述第二压力传感器采集的压力数据与第二目标阈值比较；

第二处理器，所述第二处理器与所述第二比较器电连接，用于基于比较结果输出控制指令，所述控制指令用于控制所述阀门。

根据本申请的一个实施例，还包括：

洗涤器，所述洗涤器分别与所述集水器和所述气液分离器相连。

根据本申请的一个实施例，所述集水器与所述洗涤器之间安装有驱动泵。

根据本申请的一个实施例，还包括：

气水分离器，所述气水分离器的排液口与所述集水器相连。

第二方面，本申请提供了一种制氢场站，该制氢场站包括：

可再生能源发电系统；

如上述任一种所述的电解水制氢系统，所述可再生能源发电系统与所述电解水制氢系统电连接。

根据本申请实施例提供的制氢场站，通过采用上述任一种实施例的电解水制氢系统，可在排空碱液冷却器中析出的气体时减少喷碱事故的发生，提高操作人员在工作过程中的安全性。

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电解水制氢系统的结构示意图之一。

附图标记：

电解槽100、碱液冷却器200、集水器300、氢侧气液分离器410、氧侧气液分离器420、氢侧洗涤器510、氧侧洗涤器520、氢气冷却器610、氧气冷却器620、氢侧气水分离器710、氧侧气水分离器720、驱动泵800。

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电解水制氢系统和制氢场站。

本申请提供一种电解水制氢系统，如图1所示，该电解水制氢系统包括电解槽100、气液分离器、碱液冷却器200和集水器300。

其中，如图1所示，气液分离器包括氢侧气液分离器410和氧侧气液分离器420，电解水制氢系统还可以包括氢气冷却器610、氧气冷却器620、氢侧洗涤器510、氧侧洗涤器520、氢侧气水分离器710和氧侧气水分离器720，气液分离器与电解槽100相连，碱液冷却器200与气液分离器相连。

如图1所示，电解槽100的氢侧出口与氢侧气液分离器410的入口相连，氢侧气液分离器410的排气口与氢侧洗涤器510的进气口相连，氢侧洗涤器510的排气口与氢气冷却器610的进气口相连，氢气冷却器610的排气口与氢侧气水分离器710的入口相连，氢侧气液分离器410的排液口与碱液冷却器200的入口相连，碱液冷却器200的排液口与电解槽100相连。

如图1所示，电解槽100的氧侧出口与氧侧气液分离器420的入口相连，氧侧气液分离器420的排气口与氧侧洗涤器520的进气口相连，氧侧洗涤器520的排气口与氧气冷却器620的进气口相连，氧气冷却器620的排气口与氧侧气水分离器720的入口相连，氧侧气液分离器420的排液口与碱液冷却器200的入口相连。

碱液冷却器200具有排空口，集水器300与碱液冷却器200的排空口相连，且集水器300具有用于排空气体的排气口。

在实际执行过程中，当电解水制氢系统停机泄压时，原本溶解在碱液冷却器200的碱液中的氢气和氧气会有一部分析出，由于电解水制氢系统的运行压力减小，碱液冷却器200中析出的氢气和氧气会从碱液冷却器200的排空口排出并进入集水器300中，最终通过集水器300的排气口将析出的氢气和氧气排空。

另外，在压力的作用下，氢气和氧气从碱液冷却器200中排出时容易带走一部分碱液，而氢气和氧气带走的碱液，在氢气和氧气从碱液冷却器200排出至集水器300的过程中会留在管道或集水器300中。

通过将碱液冷却器200的排空口与集水器300相连，可延长碱液冷却器200中析出的氢气和氧气的排空路程，从而使气体带出的碱液能够在自身重力作用下留在碱液冷却器200与集水器300之间的管道中，或者留在集水器300中，可避免最终从集水器300中排出的气体带有碱液而发生喷碱事故，确保操作人员的安全。

根据本申请实施例提供的电解水制氢系统，通过将集水器300与碱液冷却器200的排空口相连，可在排空碱液冷却器200中析出的气体时减少喷碱事故的发生，提高操作人员在工作过程中的安全性。

在一些实施例中，集水器300的排空口设有阀门，阀门用于开启或关闭集水器300的排空口。

其中，阀门可以为手动开启或关闭的阀门，也可以为自动开启或关闭的阀门，比如，阀门为手动阀门，当电解水制氢系统处于工作状态时，操作人员可手动将阀门关闭；当电解水制氢系统处于停机泄压状态时，操作人员可手动将阀门开启。

通过在集水器300的排空口设置阀门，可在系统处于工作状态时关闭阀门，避免外界的大气压力对系统的稳定性造成过多的影响。

在一些实施例中，电解水制氢系统还包括第一压力传感器和控制器。

其中，第一压力传感器用于采集电解水制氢系统的压力数据，即，第一压力传感器用于采集电解水制氢系统的运行压力。

控制器与第一压力传感器电连接，且控制器用于基于第一压力传感器采集的压力数据控制阀门。

在实际执行过程中，当电解水制氢系统停机泄压时，利用第一压力传感器实时采集系统的运行压力，当第一压力传感器采集到系统的运行压力降低至小于或等于第一目标阈值时，发送信号至控制器，控制器控制阀门开启；当电解水制氢系统开机升压时，利用第一压力传感器实时采集系统的运行压力，当第一压力传感器采集到系统的运行压力升高至大于第一目标阈值时，发送信号至控制器，控制器控制阀门关闭，控制器也可以在接收到系统的开机信号时控制阀门关闭，其中，第一目标阈值可以为常压，也可以为其他合适的数值。

通过上述第一压力传感器和控制器的设置，可自动控制阀门的开启或关闭，提高控制阀门开启或关闭的精确度。

在一些实施例中，控制器包括第一比较器和第一处理器。

其中，第一比较器适于与第一压力传感器电连接，用于将第一压力传感器采集的压力数据与第一目标阈值比较，可以根据需求选择合适的第一比较器型号，比如，TLV3801、TLV3604和TLV90xx等。

第一处理器与第一比较器电连接，用于基于比较结果输出控制指令，控制指令用于控制阀门。

在实际执行过程中，当第一压力传感器采集到相应的压力数据后，发送信号至第一比较器，第一比较器将第一压力传感器采集到的压力数据与第一目标阈值比较，并根据比较结果向第一处理器发送对应的信号，第一处理器根据第一比较器发送的信号输出对应的控制指令，通过控制指令控制阀门开启或关闭。

通过设置第一比较器和第一处理器，使控制器中各个处理区域分工明确，结构简单，且处理结果较为准确。

在一些实施例中，电解水制氢系统还包括第二压力传感器和控制器。

其中，第二压力传感器用于采集集水器300内的压力数据，控制器与第二压力传感器电连接，且控制器用于基于第二压力传感器采集的压力数据控制阀门。

在实际执行过程中，当电解水制氢系统处于工作状态时，第二压力传感器实时采集集水器300中的压力数据，当第二压力传感器采集到压力数据大于或等于第二目标阈值时，发送信号至控制器，控制器控制阀门开启；当第二压力传感器采集到压力数据小于第二目标阈值时，发送信号至控制器，控制器控制阀门关闭。

由于在系统处于工作状态时，集水器300中的气体会不断溶解至集水器300的液体中，从而导致集水器300中的压力不断上升，因此通过上述第二压力传感器和控制器的设置，可在集水器300的内部压力上升至第二目标阈值时打开阀门泄压，避免集水器300内部压力过大导致爆炸或者其他的安全事故，提高集水器300的使用安全性。

在一些实施例中，控制器包括第二比较器和第二处理器。

其中，第二比较器适于与第二压力传感器电连接，用于将第二压力传感器采集的压力数据与第二目标阈值比较，可以根据需求选择合适的第二比较器型号，比如，TLV3801、TLV3604和TLV90xx等。

第二处理器与第二比较器电连接，用于基于比较结果输出控制指令，控制指令用于控制阀门。

在实际执行过程中，当第二压力传感器采集到相应的压力数据后，发送信号至第二比较器，第二比较器将第二压力传感器采集到的压力数据与第二目标阈值比较，并根据比较结果向第二处理器发送对应的信号，第二处理器根据第二比较器发送的信号输出对应的控制指令，通过控制指令控制阀门开启或关闭。

通过设置第二比较器和第二处理器，使控制器中各个处理区域分工明确，结构简单，且处理结果较为准确。

在一些实施例中，如图1所示，电解水制氢系统还包括洗涤器，洗涤器包括氢侧洗涤器510和氧侧洗涤器520。

如图1所示，集水器300具有排液口，洗涤器分别与集水器300和气液分离器相连，比如，氢侧洗涤器510分别与氢侧气液分离器410和集水器300相连，其中，集水器300的排液口与氢侧洗涤器510的入口相连。

如图1所示，也可以氧侧洗涤器520分别与氧侧气液分离器420和集水器300相连，其中，集水器300的排液口与氧侧洗涤器520的入口相连。

通过上述洗涤器和集水器300排液口的设置，可将集水器300中收集的碱液排出至氢侧洗涤器510或氧侧洗涤器520中，从而使集水器300中的碱液参与电解水制氢系统的碱液循环，减小系统运行时碱液的损耗，保证系统的长期运行，减少补充碱液的次数和量。

在一些实施例中，如图1所示，集水器300与洗涤器之间安装有驱动泵800，且驱动泵800与控制器电连接。

其中，电解水制氢系统还可以包括用于采集集水器300中碱液液位信息的液位计，液位计与控制器电连接，控制器可以包括第三比较器和第三处理器，第三比较器适于与第三处理器电连接，用于将液位计采集的液位信息与第三目标阈值比较，可以根据需求选择合适的第三比较器型号，比如，TLV3801、TLV3604和TLV90xx等。

第三处理器与第三比较器电连接，用于基于比较结果输出控制指令，控制指令用于控制驱动泵800。

在实际执行过程中，当液位计采集到集水器300中碱液的液位信息后，发送信号至第三比较器，第三比较器将液位计采集到的液位信息与第三目标阈值比较，并根据比较结果向第三处理器发送对应的信号，当比较结果为液位信息大于或等于第三目标阈值时，第三处理器根据第三比较器发送的信号输出对应的控制指令，通过控制指令控制驱动泵800启动，以使集水器300中的碱液排至氢侧洗涤器510或氧侧洗涤器520中。

当比较结果为液位信息小于第三目标阈值时，第三比较器向第三处理器发送对应的信号，第三处理器根据第三比较器发送的信号输出对应的控制指令，通过控制指令控制驱动泵800停机。

通过上述驱动泵800的设置，可为集水器300中的碱液提供一定的动力，确保集水器300中的碱液均能够排出至氢侧洗涤器510或氧侧洗涤器520中。

通过上述控制器和液位计的设置，可在集水器300中的碱液液位上升至一定高度后启动驱动泵800，在避免碱液充满集水器300导致无法排空气体的同时，减少驱动泵800的启动次数，在一定程度上减少能耗。

通过设置第三比较器和第三处理器，使控制器中各个处理区域分工明确，结构简单，且处理结果较为准确。

在一些实施例中，如图1所示，电解水制氢系统还包括气水分离器，气水分离器的排液口与集水器300相连。

如图1所示，气水分离器包括氢侧气水分离器710和氧侧气水分离器720，氢侧气水分离器710的排水口和氧侧气水分离器720的排水口均与集水器300相连，以使氢侧气水分离器710和氧侧气水分离器720中产生的冷凝水回流至集水器300中，并与集水器300中的碱液一同排至氧侧洗涤器520或氢侧洗涤器510中参与碱液的循环。

通过将气水分离器的排液口与集水器300相连，可进一步提高系统中能源的利用，减少能耗。

本申请实施例还提供一种制氢场站，该制氢场站包括可再生能源发电系统和如上述任一种实施例的电解水制氢系统，可再生能源发电系统与电解水制氢系统电连接。

其中，可再生能源发电系统可以为光伏发电系统、风力发电系统或者其他的可再生能源发电系统。

根据本申请实施例提供的制氢场站，通过采用上述任一种实施例的电解水制氢系统，可在排空碱液冷却器200中析出的气体时减少喷碱事故的发生，提高操作人员在工作过程中的安全性。

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，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。

在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

在本申请的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

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)

1.一种电解水制氢系统，其特征在于，包括：

电解槽；

气液分离器，所述气液分离器与所述电解槽相连；

碱液冷却器，所述碱液冷却器与所述气液分离器相连，且所述碱液冷却器具有排空口；

集水器，所述集水器与所述碱液冷却器的排空口相连，且所述集水器具有用于排空气体的排气口。

2.根据权利要求1所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述集水器的排空口设有阀门，所述阀门用于开启或关闭所述集水器的排空口。

3.根据权利要求2所述的电解水制氢系统，其特征在于，还包括：

第一压力传感器，所述第一压力传感器用于采集所述电解水制氢系统的压力数据；

控制器，所述控制器与所述第一压力传感器电连接，且所述控制器用于基于所述第一压力传感器采集的压力数据控制所述阀门。

4.根据权利要求3所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述控制器包括：

第一比较器，所述第一比较器适于与所述第一压力传感器电连接，用于将所述第一压力传感器采集的压力数据与第一目标阈值比较；

第一处理器，所述第一处理器与所述第一比较器电连接，用于基于比较结果输出控制指令，所述控制指令用于控制所述阀门。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的电解水制氢系统，其特征在于，还包括：

第二压力传感器，所述第二压力传感器用于采集所述集水器内的压力数据；

控制器，所述控制器与所述第二压力传感器电连接，且所述控制器用于基于所述第二压力传感器采集的压力数据控制所述阀门。

6.根据权利要求5所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述控制器包括：

第二比较器，所述第二比较器适于与所述第二压力传感器电连接，用于将所述第二压力传感器采集的压力数据与第二目标阈值比较；

第二处理器，所述第二处理器与所述第二比较器电连接，用于基于比较结果输出控制指令，所述控制指令用于控制所述阀门。

7.根据权利要求2-4中任一项所述的电解水制氢系统，其特征在于，还包括：

洗涤器，所述洗涤器分别与所述集水器和所述气液分离器相连。

8.根据权利要求7所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述集水器与所述洗涤器之间安装有驱动泵。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的电解水制氢系统，其特征在于，还包括：

气水分离器，所述气水分离器的排液口与所述集水器相连。

10.一种制氢场站，其特征在于，包括：

可再生能源发电系统；

如权利要求1-9中任一项所述的电解水制氢系统，所述可再生能源发电系统与所述电解水制氢系统电连接。