一种电解水制氢系统的制作方法

1.本实用新型涉及制氢技术领域，具体地说是涉及一种电解水制氢系统。


背景技术：

2.氢燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源，资源丰富，可持续发展，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。氢的制取、储存、运输、应用技术也将成为21世纪备受关注的焦点。电解水制氢绿色环保、生产灵活、纯度高，市场利用前景十分广泛。电解水制氢技术，现阶段主要有碱性水电解(alk)、质子交换膜水电解(pem)和固体氧化物水电解(soe)这三种技术，目前最为成熟的技术路线是碱性电解水技术。
3.电解水制氢法是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，然后分别进入氢分离器和氧分离器，在重力作用下，气体向上，碱液向下，氢气和氧气与电解液分离。在此过程中，需要保证氢分离器和氧分离器中的液位平衡，避免造成喷发危险。现有技术中，大多数控制单元采用单路调节，如果控制线路出现故障，分离器中液位持续出现偏差，产生安全隐患，影响生产效率，且流量比较大的情况下，单路调节效率低。


技术实现要素：

4.基于上述技术问题，本实用新型提出一种电解水制氢系统。
5.本实用新型所采用的技术解决方案是：
6.一种电解水制氢系统，包括电解槽、氢侧气体分离器、氧侧气体分离器、氢侧控制单元和氧侧控制单元；
7.电解槽的产氢侧通过氢气输送管路与氢侧气体分离器连接，氢侧气体分离器的输出端与氢侧控制单元的输入端连接，氢侧控制单元的输出端依次连接氢侧纯化模块和氢侧干燥模块；
8.电解槽的产氧侧通过氧气输送管路与氧侧气体分离器连接，氧侧气体分离器的输出端与氧侧控制单元的输入端连接，氧侧控制单元的输出端依次连接氧侧纯化模块和氧侧干燥模块；
9.所述氢侧控制单元和氧侧控制单元均包括调节主路、调节辅路和排空支路，调节主路、调节辅路和排空支路并联连接。
10.优选的，所述调节主路上设置有相串联的第一通断阀和调节阀；所述调节辅路上设置有相串联的第二通断阀和针阀；所述排空支路包括相并联的第一排空管道和第二排空管道，在第一排空管道上设置有第三通断阀，在第二排空管道上设置有手动排空阀。
11.优选的，所述氢侧气体分离器和氧侧气体分离器还连接有碱液循环管道，碱液循环管道与电解槽相连通，在碱液循环管道上设置有碱液循环泵和碱液冷却器。
12.优选的，该电解水制氢系统还包括有碱液补给器，碱液补给器通过碱液补给管道与电解槽或碱液循环管道相连通。
13.优选地，所述氢侧气体分离器还连接有补水管道，补水管道与补水箱相连通，在补水管道上设置有补水泵。通过补水管道可补充电解消耗的水。
14.优选的，所述调节阀为自动调节阀。
15.本实用新型的有益技术效果是：
16.本实用新型中的控制单元通过设置与调节主路相并联的调节辅路，在调节辅路上串联接入有通断阀和针阀，当调节主路故障时，调节辅路上的通断阀打开，针阀连续细微地调节气流量，保证系统持续运行，不间断产生氢气，节省时间，同时避免气体分离器内气体憋气滞留，造成安全问题。
17.当液位相差比较大或者超过设定压力值时，调节主路和调节辅路共同调节，调节辅路粗调，调节主路微调，安全快速平衡液位差，维持产氢压力。
18.本实用新型还设置有排空支路，包括并联的手动排空阀和通断阀，用于系统运行初期及特殊情况下放空气体，提高氢气纯度、保证安全性。
19.本实用新型通过在控制单元中并联调节辅路和排空支路等，可以安全、持续高效地制取氢气。
附图说明
20.下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步说明：
21.图1为本实用新型电解水制氢系统的结构原理示意图。
具体实施方式
22.结合附图，一种电解水制氢系统，包括电解槽1、氢侧气体分离器2、氧侧气体分离器3、氢侧控制单元4和氧侧控制单元5。电解槽1的产氢侧通过氢气输送管路6与氢侧气体分离器2连接，氢侧气体分离器2的输出端与氢侧控制单元4的输入端连接，氢侧控制单元4的输出端依次连接氢侧纯化模块7和氢侧干燥模块8。电解槽1的产氧侧通过氧气输送管路9与氧侧气体分离器3连接，氧侧气体分离器3的输出端与氧侧控制单元5的输入端连接，氧侧控制单元5的输出端依次连接氧侧纯化模块12和氧侧干燥模块13。所述氢侧控制单元和氧侧控制单元均包括调节主路14、调节辅路15和排空支路，调节主路14、调节辅路15和排空支路并联连接。
23.上述调节主路上设置有相串联的第一通断阀16和调节阀17。所述调节辅路上设置有相串联的第二通断阀18和针阀19。所述排空支路包括相并联的第一排空管道20和第二排空管道21，在第一排空管道20上设置有第三通断阀22，在第二排空管道21上设置有手动排空阀23。
24.作为对本实用新型的进一步设计，所述氢侧气体分离器2和氧侧气体分离器3还连接有碱液循环管道24，碱液循环管道与电解槽相连通，在碱液循环管道上设置有碱液循环泵25和碱液冷却器26。
25.进一步的，上述电解水制氢系统还包括有碱液补给器10，碱液补给器10通过碱液补给管道11与电解槽或碱液循环管道相连通。
26.更进一步的，上述电解水制氢系统还包括有补水管道27，补水管道27连接在氢侧气体分离器2与补水箱28之间，在补水管道上设置有补水泵29。通过补水管道可补充电解消
耗的水。
27.上述调节阀为自动调节阀。
28.电解槽1通过电极电解水，产生氢气和氧气，然后产生的氢气和氧气分别进入到氢侧气体分离器2和氧侧气体分离器3，在重力作用下，将气体和碱液分离，分离出的碱液经碱液循环管道24进入碱液冷却器26，经碱液冷却器26冷却后，再通过碱液循环泵25继续流入电解槽中循环利用。电解相同时间，氢气生成量大约是氧气的两倍，控制单元用于调节分离器内液位差，使其保持平衡。由氢侧气体分离器2流出的氢气依次经过氢侧纯化模块7和氢侧干燥模块8处理，收集成品氢气。由氧侧气体分离器3流出的氧气依次经过氧侧纯化模块12和氧侧干燥模块13处理，排出氧气。
29.由于电解水制氢过程中不断消耗水，因此通过进一步设置补水箱28和补水泵29，以不断补充消耗的水。
30.本实用新型还通过设置碱液补给器10以补充少量损耗的碱液，且方便定期更换碱液。
31.上述控制单元一侧连接气体分离器输出端，一侧连接纯化模块输入端，可通过调节气体分离器内液位差，使其内部压力平衡，气体安全进入纯化模块。
32.控制单元中的调节主路起主要的调节作用，通常情况下调节主路接通，平衡液位差，调节辅路断开。当调节主路故障时，调节辅路接通，保证装置持续运转，避免气体分离器内气体憋气滞留，造成安全问题。当液位相差比较大或者产氢压力超过设定值时，调节支路和调节辅路均接通，共同调节，调节辅路粗调，调节主路微调。
33.所述调节主路包括依次串联的第一通断阀16和自动调节阀，自动调节阀可按照设置压力精准调节液位差。所述调节辅路包括依次串联的第二通断阀18和针阀19，针阀19可连续细微地调节气流量。
34.排空支路用于系统开始运行阶段及特殊情况下放空气体，提高氢气纯度和安全性。排空支路包括手动排空阀23和第三通断阀22，并联接入排空管道。
35.分离出的氢气和氧气分别依次通过氢、氧侧纯化模块和氢、氧侧干燥模块，得到纯化的氢气和氧气。另外，氧侧气体分离器3分离出的氧气也可以直接经对应的排空支路排出。
36.综上所述，本实用新型公开一种电解水制氢系统，该系统包括：电解槽1、氢侧气体分离器2、氧侧气体分离器3、碱液冷却器26、碱液补给器10、碱液循环泵25、氢侧控制单元、氧侧控制单元、氢侧纯化模块7、氧侧纯化模块12、氢侧干燥模块8、氧侧干燥模块13、补水箱28和补水泵29。电解槽通过电极电解水，产生氢气和氧气，然后产生的氢气和氧气分别进入到氢侧气体分离器和氧侧气体分离器。通过控制单元调节分离器内液位差，控制单元设置调节辅路，包括通断阀和针阀，依次串联接入，当调节主路故障时，调节辅路接通，保证系统持续运行，不间断产生氢气，同时避免气体分离器内气体憋气滞留，造成安全问题。当液位相差比较大或者产氢压力超过设定值时，调节主路和调节辅路均接通，共同调节，调节辅路粗调，调节主路微调，安全快速平衡液位差，控制压力。
37.最后分离出的氢气和氧气分别经过纯化模块和干燥模块处理，收集成品气体。
38.上述电解水制氢系统的控制方法，具体包括以下步骤：
39.(1)系统运行时，氢侧控制单元和氧侧控制单元的第一通断阀均打开，设定产氢压
力值，当氢侧气体分离器内液位低于氧侧气体分离器内液位时，氢侧控制单元运行，自动调节阀调节气体流量直至氢、氧侧气体分离器液位平衡。当产氢压力接近设定值时，氧侧自动调节阀按照设定压力调节压力，使压力维持在设定值附近。
40.(2)当调节主路故障时，调节辅路接通，调节辅路的第二通断阀打开，针阀连续细微地调节气流量，保证系统持续运行，不间断产生氢气，节省时间，同时避免气体分离器内气体憋气滞留，造成安全问题。
41.(3)当液位相差比较大或者产氢压力超过设定值时，调节主路和调节辅路均接通，共同调节，调节辅路粗调，调节主路微调，安全快速平衡液位差，控制压力。
42.上述方法中，还包括以下步骤：在系统运行初期及特殊情况下可通过排空支路放空气体，提高氢气纯度、保证安全性。
43.上述方法中：分离出的氢气依次通过氢侧纯化模块和氢侧干燥模块，得到纯化的氢气。
44.上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。
45.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神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，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。