基于热泵技术的电解水制氢联供系统

本发明涉及电解水制氢，尤其涉及一种基于热泵技术的电解水制氢联供系统。

背景技术：

1、随着能源紧缺和环境污染现象的加剧，清洁能源和可再生能源的利用已成为大势所趋，其中，氢能因其清洁高效、可储运、应用场景丰富等优势逐渐得到广泛关注。氢气的高效制取是氢能利用的前提，当前主要的制氢方式有化石能源制氢、天然气重整制氢、电解水制氢等，其中，电解水制氢因其技术成熟、原料充足等优势发展迅速，正逐渐占据制氢市场的主导地位，但该方式仍然存在成本较高、能耗较大等问题。

2、电解水制氢依靠碱性水的电解，分别在正负电极上产生氧气和氢气，同时由于电流的热效应，碱液的浓度和温度同时上升，因而需要及时补充水并降温，此外，氢气的进一步脱氧提纯需要热量。然而，现有的电解水制氢系统中通常采用热交换器对电解槽及氧分离器和氢分离器进行循环冷却，冷却水通过调节阀进入碱液冷却器，冷却和调节循环电解液温度，并通过球阀调节开度，分别进入氢、氧气体冷却器，进行气体冷却。现有的电解水制氢系统成本较高，大量热能得不到充分利用而导致热量损失大，电能整体转换效率低，此外，制取的氢气和氧气分离提纯环节较复杂，需要额外提供热量，进一步提高了生产成本。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于热泵技术的电解水制氢联供系统，用以解决现有技术中电解水制氢系统的热交换的效率低、热能损失大的问题。

2、本发明提供一种基于热泵技术的电解水制氢联供系统，包括：电解水制氢装置、热泵循环装置及冷水箱；

3、所述电解水制氢装置包括电解槽、分离器、碱液冷却器、氢冷却器及氧冷却器；所述电解槽用于电解水，所述分离器与所述电解槽连接，所述分离器设有第一出口、第二出口及第三出口，所述碱液冷却器、所述氢冷却器和所述氧冷却器分别与所述分离器的第一出口、第二出口和第三出口对应连接；

4、所述热泵循环装置与所述冷水箱连接，以构成形成第一循环回路、第二循环回路及第三循环回路；所述第一循环回路连接于所述碱液冷却器，用于对所述碱液冷却器内的碱液进行冷却，所述第二循环回路连接于所述氢冷却器，用于对所述氢冷却器内的氢气进行冷却，所述第三循环回路连接于所述氧冷却器，用于对所述氧冷却器内的氧气进行冷却。

5、根据本发明提供的基于热泵技术的电解水制氢联供系统，所述热泵循环装置包括蒸发器、压缩机、冷凝器及膨胀阀；

6、所述蒸发器的第一入口与所述碱液冷却器、所述氢冷却器和所述氧冷却器连接，所述压缩机的入口与所述蒸发器的第一出口连接，所述冷凝器的入口与所述压缩机的出口连接，所述膨胀阀的入口与所述冷凝器的第一出口连接，所述膨胀阀的出口与所述蒸发器的第二入口连接，以构建形成热泵回路。

7、根据本发明提供的基于热泵技术的电解水制氢联供系统，所述基于热泵技术的电解水制氢联供系统还包括冷水源及冷水泵，所述冷水源通过所述冷水泵与所述冷凝器连接，以向所述冷凝器中注入冷水进行换热。

8、根据本发明提供的基于热泵技术的电解水制氢联供系统，所述冷水箱设有第一出水管路；所述第一出水管路的出口与所述碱液冷却器的入口连接，所述碱液冷却器的出口与所述蒸发器的第一入口连接，所述蒸发器的第二出口与所述冷水箱的入口连接，以形成第一循环回路。

9、根据本发明提供的基于热泵技术的电解水制氢联供系统，所述冷水箱设有第二出水管路；所述第二出水管路的出口与所述氢冷却器的入口连接，所述氢冷却器的出口与所述蒸发器的第一入口连接，所述蒸发器的第二出口与所述冷水箱的入口连接，以形成第二循环回路。

10、根据本发明提供的基于热泵技术的电解水制氢联供系统，所述冷水箱设有第三出水管路；所述第三出水管路的出口与所述氧冷却器的入口连接，所述氧冷却器的出口与所述蒸发器的第一入口连接，所述蒸发器的第二出口与所述冷水箱的入口连接，以形成第三循环回路。

11、根据本发明提供的基于热泵技术的电解水制氢联供系统，所述基于热泵技术的电解水制氢联供系统还包括氢气提纯装置及氢气储存装置；

12、所述氢气提纯装置具有进气口和进液口，所述进气口与所述氢冷却器的出气口连接，所述进液口与所述冷凝器的第二出口连接，所述氢气储存装置与所述氢气提纯装置的出气口连接。

13、根据本发明提供的基于热泵技术的电解水制氢联供系统，所述电解水制氢装置还包括碱液回流组件，所述碱液冷却器的出口与所述碱液回流组件的入口连接，所述碱液回流组件的出口与所述电解槽连接。

14、根据本发明提供的基于热泵技术的电解水制氢联供系统，所述碱液回流组件包括混合器、循环泵及过滤器；

15、所述混合器的第一入口与所述碱液冷却器的出口连接，所述循环泵的入口与所述混合器的出口连接，所述过滤器的入口与所述循环泵的出口连接，所述过滤器的出口与所述电解槽连接。

16、根据本发明提供的基于热泵技术的电解水制氢联供系统，所述冷水箱的出口还与所述混合器的第二入口连接，所述冷水箱用于向所述混合器中注入水，以形成碱性溶液。

17、本发明提供的基于热泵技术的电解水制氢联供系统，包括：电解水制氢装置、热泵循环装置和冷水箱，其中，电解水制氢装置能够分离出碱液、氢气和氧气，采用热泵循环装置与冷水箱连接，构建三个循环回路，分别与碱液冷却器、氢冷却器和氧冷却器连接，采用热泵循环装置代替常规的热交换器，第一方面能够冷却氢气和氧气，第二方面能够为碱液冷却器提供冷量，降低碱液温度，维持电解槽的正常运行，第三方面为氢气脱氧提纯环节供给热量，从而同时实现电解水制氢系统的冷热联供。该系统实现了冷热源的高效利用，提高了能源利用率，降低了生产能耗，减少了环境污染，有利于电解水制氢工艺的进一步推广。

18、除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于热泵技术的电解水制氢联供系统，其特征在于，包括：电解水制氢装置、热泵循环装置及冷水箱；

2.根据权利要求1所述的基于热泵技术的电解水制氢联供系统，其特征在于，所述热泵循环装置包括蒸发器、压缩机、冷凝器及膨胀阀；

3.根据权利要求2所述的基于热泵技术的电解水制氢联供系统，其特征在于，所述基于热泵技术的电解水制氢联供系统还包括冷水源及冷水泵，所述冷水源通过所述冷水泵与所述冷凝器连接，以向所述冷凝器中注入冷水进行换热。

4.根据权利要求3所述的基于热泵技术的电解水制氢联供系统，其特征在于，所述冷水箱设有第一出水管路；所述第一出水管路的出口与所述碱液冷却器的入口连接，所述碱液冷却器的出口与所述蒸发器的第一入口连接，所述蒸发器的第二出口与所述冷水箱的入口连接，以形成第一循环回路。

5.根据权利要求3所述的基于热泵技术的电解水制氢联供系统，其特征在于，所述冷水箱设有第二出水管路；所述第二出水管路的出口与所述氢冷却器的入口连接，所述氢冷却器的出口与所述蒸发器的第一入口连接，所述蒸发器的第二出口与所述冷水箱的入口连接，以形成第二循环回路。

6.根据权利要求3所述的基于热泵技术的电解水制氢联供系统，其特征在于，所述冷水箱设有第三出水管路；所述第三出水管路的出口与所述氧冷却器的入口连接，所述氧冷却器的出口与所述蒸发器的第一入口连接，所述蒸发器的第二出口与所述冷水箱的入口连接，以形成第三循环回路。

7.根据权利要求3所述的基于热泵技术的电解水制氢联供系统，其特征在于，所述基于热泵技术的电解水制氢联供系统还包括氢气提纯装置及氢气储存装置；

8.根据权利要求1所述的基于热泵技术的电解水制氢联供系统，其特征在于，所述电解水制氢装置还包括碱液回流组件，所述碱液冷却器的出口与所述碱液回流组件的入口连接，所述碱液回流组件的出口与所述电解槽连接。

9.根据权利要求8所述的基于热泵技术的电解水制氢联供系统，其特征在于，所述碱液回流组件包括混合器、循环泵及过滤器；

10.根据权利要求9所述的基于热泵技术的电解水制氢联供系统，其特征在于，所述冷水箱的出口还与所述混合器的第二入口连接，所述冷水箱用于向所述混合器中注入水，以形成碱性溶液。

技术总结
本发明提供一种基于热泵技术的电解水制氢联供系统，包括：电解水制氢装置、热泵循环装置及冷水箱；电解水制氢装置包括电解槽、分离器、碱液冷却器、氢冷却器及氧冷却器；电解槽用于电解水，分离器与电解槽连接，碱液冷却器、氢冷却器和氧冷却器分别与分离器的第一出口、第二出口和第三出口对应连接；热泵循环装置与冷水箱连接，以构成形成第一循环回路、第二循环回路及第三循环回路；第一循环回路连接于碱液冷却器，用于对碱液冷却器内的碱液冷却，第二循环回路连接于氢冷却器，用于对氢冷却器内的氢气冷却，第三循环回路连接于氧冷却器，用于对氧冷却器内的氧气冷却。该系统提高了能源利用率，降低了生产能耗，减少了环境污染。

技术研发人员：郑平洋,李晓琼,张振涛,杨俊玲,张海伦,何庆,王有栋
受保护的技术使用者：中国科学院理化技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6