一种水电解制氢测试系统及其控制方法与流程

本发明涉及制取氢气领域，具体涉及一种水电解制氢测试系统及其控制方法。

背景技术：

1、氢气作为新能源的一种，具有不污染环境、产热高等优点，而水电解制氢作为一种较为方便的制取氢气的方法，通过在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气，获得氢气。水电解技术是以直流电和水为基础进而制备氢气的一种方法，广泛应用于风能与太阳能区域，以达到电力削峰填谷的作用，制取的氢气作为一种长时能源储存利用。水电解目前主要分为碱性电解水、pem电解水、soec电解水制氢这三种方式，商业化的主要有碱性电解水和pem电解水技术。

2、碱性电解水制氢是较为传统的制氢方法，使用碱液提高电导率，制备的氢气需要进一步提纯；pem电解水使用去离子水来制氢，电解去离子水，制备的氢气纯度较高，制备效率较高；但是目前并没有既可以使用碱性电解槽也可以使用pem电解槽制备氢气的试验台架，现有的水电解制备氢气的测试装置较为单一，例如：碱性水电解系统只能使用碱性电解槽，pem水电解系统只能使用pem水电解槽，而且两种方式的操作条件和测试提纯方法有差异，因此需要一种测试系统来满足碱性电解水和pe电解水的制氢方式。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种水电解制氢的测试系统，该测试系统不仅可以满足碱性电解水制氢，还满足pem电解水制氢，并且对整个测试系统进行整体控制。

2、本发明采用以下技术方案：

3、一种水电解制氢测试系统，用于制备氢气，包括水流道、氢气流道、氧气流道、氮气流道、电解槽和直流电源，所述水流道循环进出电解槽，所述氢气流道和氮气流道位于电解槽阴极侧，所述氧气流道位于电解槽阳极侧；

4、其中，所述氢气流道上设有第一分离模块、干燥模块以及脱氧模块，通过第一三通阀相连通，所述第一分离模块设置在氢气流道入口处，所述脱氧模块和干燥模块通过第一电磁阀连通，所述干燥模块设置在氢气流道出口处；

5、所述水流道入口通过第二三通阀分别与去离子水路和碱液水路连接，所述水流道的电解槽出口管路处设置有第二电磁阀，通过第二电磁阀将水流道的出口管路与入口管路连通；

6、所述氧气流道的入口处设置有第二分离模块；

7、所述氮气流道的出口位于电解槽阴极侧入口处，用于对阴极进行吹扫，降低氢气浓度。

8、进一步设置，所述电解槽为碱性电解槽或pem电解槽，可满足不同的水电解方式的要求，当采用碱性水电解方式时使用碱性电解槽，当采用pem水电解方式时对应使用pem电解槽。

9、进一步设置，所述水流道入口处并联设置两个水泵，所述水泵两侧分别设置有球阀，所述水流道的电解槽入口处依次设置有加热器、热交换器以及过滤器；

10、如此设置，两个水泵可满足两种水电解方式的使用，即采用碱性水电解和pem水电解时，通过控制对应的球阀，使不同的液体介质流经不同的水泵后依次经过加热器、热交换器以及过滤器最后进入电解槽开始反应。

11、进一步设置，氢气流道上的第一分离模块包括有氢气洗涤分离器，所述氢气洗涤分离器设置在氢气流道的入口管路处，所述氢气洗涤分离器的气体出口处分三路分别与第一分水件、第一氢分析仪以及第一排气阀连通，所述第一分水件与第一三通阀入口连接；

12、如此设置，可对氢气流道中的氢气进行洗涤后检测其浓度，浓度达到要求后进行后续纯化，不达标的氢气则通过第一排气阀先行排出。

13、进一步设置，所述脱氧模块依次设置脱氧罐、冷却器以及第二分水件，所述干燥模块依次设置干燥罐以及第二氢分析仪，所述第一三通阀的一个出口与脱氧罐连接，另一出口与干燥罐连接，所述第二分水件的气体出口处通过第一电磁阀与干燥罐连接；

14、如此设置，通过第一三通阀控制氢气的流动方向，可满足碱性水电解和pem水电解对氢气回收利用所需的不同纯化处理。

15、进一步设置，氧气流道上的第二分离模块包括氧气洗涤分离器，所述氧气洗涤分离器的气体出口处分两路分别与氧分析仪以及第二排气阀连通。

16、进一步设置，所述第一分水件、第二分水件、氢气洗涤分离器和氧气洗涤分离器的液体出口均通过止回阀分别与水流道的出口管路相连通，所述氢气洗涤分离器和氧气洗涤分离器的液体进口分别与水流道的入口管路相连通，所述氢气洗涤分离器和氧气洗涤分离器的液体进口处分别设置有液体流量计和气动阀；

17、如此设置，可利用水流道的液体介质进入洗涤分离器对氢气和氧气进行洗涤，洗涤完的液体介质再次进入水流道出口管路排出，同时分水件分离产生的液体也进入水流道出口管路排出，整个系统无需再引入新的液体管路。

18、进一步设置，所述测试系统中设置有若干个压力传感器和温度传感器，可用于测量系统各流道中的压力以及温度。

19、本发明还提供一种水电解制氢测试系统的控制方法，用于控制使用上述的水电解制氢测试系统，该控制方法包括以下步骤：

20、s1：按照水电解方式选择并安装好相对应的电解槽；

21、s2：使用对应的液体介质对系统进行清洗；

22、s3：使用加热器和热交换器对水流道的入口管路的液体介质进行控温；

23、s4：温度达到设定值后，打开直流电源开始运行电解水；

24、s5：检测氢气、氧气浓度，判断是否合格；

25、s6:合格后对氢气进行纯化处理；

26、s7：关闭电源，使用氮气对电解槽阴极进行吹扫，待阴极侧氢气浓度降低至安全范围内完成关机。

27、其中，所述步骤6中的纯化处理具体分为：

28、当采用的水电解方式为碱性水电解时，使用脱氧干燥纯化，即氢气在氢气流道依次通过脱氧模块和干燥模块；

29、当采用的水电解方式为pem水电解时，使用干燥纯化，即氢气在氢气流道通过干燥模块。

30、本发明至少具有以下有益效果：

31、1、本发明提供的一种水电解制氢测试系统，通过设置去离子水路和碱液水路实现一套系统来完成碱性水电解和pem水电解的测试，即一种水电解制氢测试系统不仅能采用碱性水电解制氢，还能采用pem水电解制氢；

32、2、本发明提供的一种水电解制氢测试系统，通过设置第一三通阀来实现脱氧模块和干燥模块的自由组合，使得一套系统能够在满足碱性水电解产生的氢气的纯化的同时，还能实现pem水电解产生的氢气的纯化；

33、3、本发明提供的一种水电解制氢测试系统，还能通过在各流道安装各种传感器，进而测试电解槽的其余性能，实现一套系统多个用途；

34、4、本发明提供的一种水电解制氢测试系统，通过将水流道的液体介质引入洗涤器加以利用，避免了引入新的液体管路，简化了整个系统的管路布置。

技术特征：

1.一种水电解制氢测试系统，包括水流道、氢气流道、氧气流道、氮气流道、电解槽和直流电源，所述水流道循环进出电解槽，所述氢气流道和氮气流道位于电解槽阴极侧，所述氧气流道位于电解槽阳极侧，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的一种水电解制氢测试系统，其特征在于，所述电解槽为碱性电解槽。

3.根据权利要求1所述的一种水电解制氢测试系统，其特征在于，所述电解槽为pem电解槽。

4.根据权利要求2或3所述的一种水电解制氢测试系统，其特征在于，所述第一分离模块设置有氢气洗涤分离器，所述氢气洗涤分离器设置在氢气流道的入口管路处，所述氢气洗涤分离器的气体出口处分三路分别与第一分水件、第一氢分析仪以及第一排气阀连通，所述第一分水件与第一三通阀入口连接。

5.根据权利要求4所述的一种水电解制氢测试系统，其特征在于，所述脱氧模块依次设置脱氧罐、冷却器以及第二分水件，所述干燥模块依次设置干燥罐以及第二氢分析仪，所述第二分水件和干燥罐间设置有第二电磁阀。

6.根据权利要求5所述的一种水电解制氢测试系统，其特征在于，所述第二分离模块包括氧气洗涤分离器，所述氧气洗涤分离器的气体出口处分两路分别与氧分析仪以及第二排气阀连通。

7.根据权利要求6所述的一种水电解制氢测试系统，其特征在于，所述第一分水件、第二分水件、氢气洗涤分离器和氧气洗涤分离器的液体出口均通过止回阀分别与水流道的出口管路相连通，所述氢气洗涤分离器和氧气洗涤分离器的液体进口分别与水流道的入口管路相连通，所述氢气洗涤分离器和氧气洗涤分离器的液体进口处分别设置有液体流量计和气动阀。

8.根据权利要求1所述的一种水电解制氢测试系统，其特征在于，所述水流道入口处并联设置两个水泵，所述水泵两侧分别设置有球阀，所述水流道的电解槽入口处依次设置有加热器、热交换器以及过滤器。

9.一种水电解制氢测试系统的控制方法，用于控制权利要求5-8任意一项所述的水电解制氢测试系统，其特征在于，按照以下步骤执行：

10.根据权利要求9所述的一种水电解制氢系统的控制方法，其特征在于，所述步骤6中当水电解方式为碱性水电解时，采用脱氧干燥纯化；当水电解方式为pem水电解时，采用干燥纯化。

技术总结
本发明涉及制取氢气领域，具体公开了一种水电解制氢测试系统及其控制方法，该系统包括水流道、氢气流道、氧气流道、氮气流道、直流电源以及电解槽，在水流道入口处设置有碱液水路和去离子水路，同时电解槽可根据两种水电解方式选择安装碱液电解槽或者PEM电解槽，在氢气流道设置有脱氧模块和干燥模块，灵活控制第一三通阀的阀门可对两种水电解方式产生的氢气进行不同步骤的纯化处理；整个系统可实现碱性水电解测试方法的同时，还能实现PEM水电解测试方法，一套系统可处理两种水电解方式进行制取氢气的同时还能对两种方式产生的氢气进行合理纯化，使得氢气达到标准，且通过氮气流道对阴极进行吹扫可避免关闭电源后阴极氢气浓度超标带来危险。

技术研发人员：李飞强,徐鹏宇,张静龙,王志强,张潇丹,苗佩宇
受保护的技术使用者：北京亿华通科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27