一种结合光热装置的制氢系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种结合光热装置的制氢系统，属于制氢设备领域。


背景技术：

2.化石能源枯竭、生态环境恶化、极端气候频发等问题促使可再生能源被高度重视与大力开发，而可再生能源自身间歇性、波动性等特点造成了大量的“弃水、弃风、弃光”。解决该问题有效的办法是将可再生能源的电力与电解水技术结合，制取高纯度的氢气与氧气，产生的气体直接使用或是转换成电力，提高可再生能源的利用率和占比。
3.碱性电解水技术较成熟，运行寿命可达20年。碱性电解槽以含液态电解质和多孔隔板为结构特征，操作范围从最小负荷10％到最大设计容量110％。与其他电解槽技术相比，碱性电解水避免了因使用贵重材料而带来的成本负担。
4.但是，现有条件下的由于碱性水电解制氢在停机状态下，碱液温度是常温，在现有的碱性水电解制氢条件下，要使设备持续开机，就要首先把设备开到额定工作温度和压力条件下，设备才能正常持续开机。针对现有技术的不足，有必要提供新的技术方案。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种结合光热装置的制氢系统，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
6.本实用新型的技术方案为一种结合光热装置的制氢系统，其包括：氧气处理机构，氢气处理机构，碱液回收机构，所述碱液回收机构包括碱温维持换热器及碱液输送管，所述碱温维持换热器的内部安装有碱温换热水管，所述碱温维持换热器的输入端与所述碱液输送管的输出端连通，电解机构，所述电解机构包括电解槽及与所述电解槽的输出端分别连通的制氢输送管及制氧输送管，光热储能机构，所述光热储能机构包括太阳能发电面板及与所述太阳能发电面板的输入端及输出端连接的加热储能装置，所述加热储能装置的内部安装有第一换热水管，其中，所述制氢输送管的输出端与所述氧气处理机构的输入端互相连通，所述制氢输送管的输出端与所述氢气处理机构的输入端互相连通，所述氧气处理机构的输出端及所述氢气处理机构的输出端联合通过所述碱液输送管与所述碱液回收机构的输入端连通，所述第一换热水管的输入端及输出端分别通过输水管与所述碱温换热水管的输出端及输入端连通，所述碱温维持换热器的输出端通过管道与所述电解槽的输入端连通。
7.进一步，所述氧气处理机构包括与所述制氧输送管的输出端连通的氧分离器，所述氢气处理机构包括与所述制氢输送管的输出端连通的氢分离器，所述碱液回收机构还包括碱液循环泵及与所述碱液循环泵的输出端连通的碱液冷却器，所述碱温维持换热器的内部还包括用于换热碱液的换热腔，所述碱温换热水管位于所述换热腔内，其中，所述换热腔的输入端通过管道与所述碱液冷却器的输出端互相连通，其中，所述氧分离器的输出端及所述氢分离器的输出端通过管道互相连通并与所述碱液循环泵的输入端互相连通。
8.进一步，所述氧分离器的输出端、所述氢分离器的输出端与所述碱液循环泵的输入端之间的管道连通有第一阀门及第二阀门，所述碱液循环泵的输出端及所述碱液冷却器的输入端之间的管道连通有第四阀门及第五阀门，所述碱液冷却器的输出端及所述换热腔的输入端之间的管道连通有第六阀门。
9.进一步，所述碱温换热水管的输出端及所述电解槽的输入端之间的管道分别连通有第七阀门及碱液流量计。
10.进一步，所述加热储能装置还包括储电电池，所述加热储能装置的中部为用于装载换热液体媒介的容纳腔体，所述容纳腔体内还安装有发热丝，所述第一换热水管均位于所述容纳腔体内，所述所述太阳能发电面板的输入端及输出端分别与所述储电电池及所述发热丝并联。
11.进一步，所述氧气处理机构还包括氧洗涤器、氧气冷却器、氧侧气水分离器、氧排水器及氧出口调节阀，所述氧分离器的输出端与所述氧洗涤器的输入端连通，所述氧洗涤器的输出端与所述氧气冷却器的输入端连通，所述氧侧气水分离器的液体输出端与所述氧排水器的输入端连通，所述氧侧气水分离器的气体输出端与所述氧出口调节阀连通。
12.进一步，所述氢气处理机构还包括氢洗涤器、氢气冷却器及氢侧气水分离器，所述氢洗涤器的输入端与所述氢分离器的输出端连通，所述氢洗涤器的输出端与所述氢气冷却器的输入端连通，所述氢气冷却器的输出端与所述氢侧气水分离器的输入端连通。
13.进一步，所述氢气处理机构还包括脱氧塔、脱氧后氢冷却器、脱氧气水分离器、氢排水器及氢出口调节阀，所述脱氧塔的输入端与所述氢侧气水分离器的气体输出端连通，所述脱氧塔的输出端与所述脱氧后氢冷却器的输入端连通，所述脱氧后氢冷却器的输出端与所述脱氧气水分离器的输入端连通，所述脱氧气水分离器的液体输出端与所述氢排水器的输入端连通，所述脱氧气水分离器的气体输出端与所述氢出口调节阀的输入端连通。
14.进一步，所述脱氧气水分离器及所述氢排水器之间连通的管道通过支路与所述氢侧气水分离器的液体输出端连通。
15.本实用新型的有益效果如下。
16.1、上述方案中的光热储能机构通过太阳能发电面板发电然后启动加热然后启动加热储能装置，从而使加热储能装置内的第一换热水管，第一换热水管通过管道输送循环热水到碱温维持换热器内的碱温换热水管进行换热。
17.2、上述的装置采用碱性水电解制氢的工艺流程，电解槽内采用30％浓度的氢氧化钾或25％浓度的氢氧化钠水溶液为电解液，电解槽内通常在60度以上的条件下工作。电解槽内的氢气、氧气及电解液随制氢输送管及制氧输送管输送，然后电解液通过碱液输送管与碱液回收机构的输入端连通，电解液通过碱液输送管送到碱温维持换热器中，由于碱温换热水管带来热量在碱温维持换热器中于电解液进行换热，电解液再次升温被输送回电解槽中。
18.4、上述的方案在制氢系统中设置碱温维持换热器，把光热的热量交换给碱性电解液，利用光热把碱液温度维持在60度以上。
附图说明
19.图1是根据本实用新型实施例的总体示意图。
20.图2是根据本实用新型实施例的细节示意图。
21.图3是根据本实用新型实施例的光热储能机构的细节示意图。
22.图4是根据本实用新型实施例的碱温维持换热器的细节示意图。
具体实施方式
23.以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本实用新型的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
24.需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本实用新型中所使用的上、下、左、右、顶、底等描述仅仅是相对于附图中本实用新型各组成部分的相互位置关系来说的。
25.此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。
26.应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。
27.参照图1至4，在一些实施例中，本实用新型公开了一种结合光热装置的制氢系统。参照图1所示，包括：氧气处理机构10、氢气处理机构20、碱液回收机构30、电解机构40及光热储能机构50。
28.参照图1中的碱液回收机构30，碱液回收机构30包括碱温维持换热器e5及碱液输送管k，碱温维持换热器e5的内部安装有碱温换热水管e51，碱温维持换热器e5的输入端与碱液输送管k的输出端连通。
29.参照图1中的电解机构40，电解机构40包括电解槽r及与电解槽r的输出端分别连通的制氢输送管h及制氧输送管o。
30.参照图1中的光热储能机构50，光热储能机构50包括太阳能发电面板51及与太阳能发电面板51的输入端及输出端连接的加热储能装置52，加热储能装置52的内部安装有第一换热水管53，第一换热水管53的输入端及输出端分别通过输水管与一碱温换热水管e51的输入端及输出端连通，碱温换热水管e51安装在碱温维持换热器e5内。
31.参照图1，上述各个机构按照下列方式进行连通：制氢输送管h的输出端与氧气处理机构10的输入端互相连通，制氢输送管h的输出端与氢气处理机构20的输入端互相连通，氧气处理机构10的输出端及氢气处理机构20的输出端联合通过碱液输送管k与碱液回收机构30的输入端连通，第一换热水管53的输入端及输出端分别通过输水管与碱温换热水管e51的输出端及输入端连通，碱温维持换热器e5的输出端通过管道与电解槽r的输入端连通。
32.上述方案中的光热储能机构通过太阳能发电面板发电然后启动加热然后启动加
热储能装置，从而使加热储能装置内的第一换热水管，第一换热水管通过管道输送循环热水到碱温维持换热器内的碱温换热水管进行换热。
33.上述的装置采用碱性水电解制氢的工艺流程，电解槽内采用30％浓度的氢氧化钾或25％浓度的氢氧化钠水溶液为电解液，电解槽内通常在60度以上的条件下工作。电解槽内的氢气、氧气及电解液随制氢输送管及制氧输送管输送，然后电解液通过碱液输送管与碱液回收机构的输入端连通，电解液通过碱液输送管送到碱温维持换热器中，由于碱温换热水管带来热量在碱温维持换热器中于电解液进行换热，电解液再次升温被输送回电解槽中。
34.上述的方案在制氢系统中设置碱温维持换热器，把光热的热量交换给碱性电解液，利用光热把碱液温度维持在60度以上。
35.参照图2所示，氧气处理机构10包括与制氧输送管o的输出端连通的氧分离器v1。氢气处理机构20包括与制氢输送管h的输出端连通的氢分离器v2。碱液回收机构30还包括碱液循环泵p1及与碱液循环泵p1的输出端连通的碱液冷却器e4。电解槽中的电解液被电解生产的氢气、氧气及碱性电解液分别通过制氢输送管及制氧输送管输送到氧分离器及氢分离器中，氢气及碱性电解液在氢分离器正常分离液体及气体，氧气及碱性电解液在氧分离器正常分离液体及气体，碱性电解液再通过管道输送碱液循环泵控制流量送到碱液冷却器中，循环利用碱性电解液进行第二次电解产生氢气。
36.参照图4，碱温维持换热器的具体结构：碱温维持换热器e5的内部还包括用于换热碱液的换热腔e52，碱温换热水管e51位于换热腔e52内。换热腔e52的输入端通过管道与碱液冷却器e4的输出端互相连通。氧分离器v1的输出端及氢分离器v2的输出端通过管道互相连通并与碱液循环泵p1的输入端互相连通。换热腔内的碱液接收循环的碱性电解液并均匀接收碱温换热水管e51的热量，使电解液加热到适合的温度被输送到电解槽进行再次电解，碱温维持换热器的结构便于控制内部电解液的换热温度，主要控制碱液循环泵输送流量的大小，从而控制电解液换热的合适温度。
37.参照图2，氧分离器v1的输出端、氢分离器v2的输出端与碱液循环泵p1的输入端之间的管道连通有第一阀门a1及第二阀门a2，碱液循环泵p1的输出端及碱液冷却器e4的输入端之间的管道连通有第四阀门a4及第五阀门a5，碱液冷却器e4的输出端及换热腔e52的输入端之间的管道连通有第六阀门a6。碱液输送管中多段设置多个阀门精准控制内部碱性电解液的流量，从而可以使碱液电解液在通过碱温维持换热器能够进一步精确控制碱液电解液换热的精准温度。
38.参照图2，碱温换热水管e51的输出端及电解槽r的输入端之间的管道分别连通有第七阀门a7及碱液流量计f1，使换热后的碱液电解液能够被碱液流量计f1精准量化计算回流电解槽r的流量，以及通过第七阀门a7精准控制回流流量，进一步提高制氢的精确生产流程。
39.参照图3，为了使加热储能装置能够加强能量的储备，使加热储能装置在黑夜或其他阴天的情况下太阳能不足能够储备能源，加热储能装置52还包括储电电池56，储电电池56在没太能能的情况下能够供电给发热丝。加热储能装置52的中部为用于装载换热液体媒介的容纳腔体54，容纳腔体54内还安装有发热丝55，第一换热水管53均位于容纳腔体54内，太阳能发电面板51的输入端及输出端分别与储电电池56及发热丝55并联。
40.参照图2，氧气处理机构10还包括氧洗涤器v3、氧气冷却器e1、氧侧气水分离器v5、氧排水器v8及氧出口调节阀vg2，氧分离器v1的输出端与氧洗涤器v3的输入端连通，氧洗涤器v3的输出端与氧气冷却器e1的输入端连通，氧侧气水分离器v5的液体输出端与氧排水器v8的输入端连通，氧侧气水分离器v5的气体输出端与氧出口调节阀vg2连通。氧分离器v1内的气体通过管道依次输送到氧洗涤器v3，氧洗涤器v3用于清洗氧气中微量的碱液及其他杂质，进一步提纯氧气，然后氧气被输送到氧气冷却器e1中进一步降低其本身温度，氧气再送到氧排水器去除气体中的水分，把氧气干燥完后通过氧出口调节阀输出厂家进一步收集或作其他工序的处理。
41.参照图2，氢气处理机构20还包括氢洗涤器v4、氢气冷却器e2及氢侧气水分离器v6，氢洗涤器v4的输入端与氢分离器v2的输出端连通，氢洗涤器v4的输出端与氢气冷却器e2的输入端连通，氢气冷却器e2的输出端与氢侧气水分离器v6的输入端连通。氢分离器v2内的气体通过管道依次输送到氢洗涤器v4，氢洗涤器v4用于清洗氢气中微量的碱液及其他杂质，进一步提纯氢气，然后氢气被输送到氢气冷却器e2中进一步降低其本身温度。
42.参照图2，氢气处理机构20还包括脱氧塔r1、脱氧后氢冷却器e3、脱氧气水分离器v7、氢排水器v9及氢出口调节阀vg1。脱氧塔r1的输入端与氢侧气水分离器v6的气体输出端连通，脱氧塔r1的输出端与脱氧后氢冷却器e3的输入端连通，脱氧后氢冷却器e3的输出端与脱氧气水分离器v7的输入端连通，脱氧气水分离器v7的液体输出端与氢排水器v9的输入端连通，脱氧气水分离器v7的气体输出端与氢出口调节阀vg1的输入端连通。上述的氢气被输送到脱氧塔r1中，分离氢气中的少量的杂质氧气，提纯氢气，脱氧后的氢气被送到脱氧后氢冷却器e3中，进一步冷却氢气的温度，再送氢气到脱氧气水分离器v7把氧气进一步分离，氢气再送到氢排水器去除气体中的水分，把氢气干燥完后通过氢出口调节阀输出厂家进一步收集或作其他工序的处理。
43.参照图2，脱氧气水分离器v7及氢排水器v9之间连通的管道通过支路与氢侧气水分离器v6的液体输出端连通，氢气混合物在氢侧气水分离器产生的液态水，液态水直接通过管道经过氢排水器v9排出。
44.以上所述，只是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本实用新型的技术效果，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开保护的范围之内。都应属于本实用新型的保护范围。在本实用新型的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。