电解水制氢系统的制作方法

本发明涉及制氢，尤其涉及一种电解水制氢系统。

背景技术：

1、质子交换膜电解水是一种新兴制氢技术。相较于传统碱性电解水，质子交换膜电解水拥有更快响应速度、更宽的工作范围及更高的电流密度。在质子交换膜电解槽的阳极腔室水被分解成氢离子h+和氧气o2。而后，氢离子h+穿过质子交换膜并在阴极腔室内被还原形成氢气h2。

2、目前质子交换膜电解槽在使用过程中，为了降低后续压缩氢气所需能耗，阴极腔室通常被加压至3mpa～4mpa。但是阴极的高压操作具有一定的危险性，最主要的是在于氢气的跨膜渗漏及氢向外渗漏等问题。对于跨膜运输，氢气会在穿过膜后与阳极腔室的氧气混合，当阳极腔室氢气浓度超过氢气的爆炸下限4％后，有可能会造成非常严重的安全事故，甚至人员伤亡。因此如何降低阳极腔室内氢气含量以提高电解槽的安全性是业界急需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种电解水系统，用于降低阳极腔室内氢气含量，提高质子交换膜电解槽的使用安全性。

2、本发明提供一种电解水制氢系统，包括：

3、质子交换膜电解槽，具有阳极腔室和阴极腔室；

4、保护气体输送模块，与所述阴极腔室连通，用于向所述阴极腔室输送保护气体；

5、氢气分离模块，与所述阴极腔室的出口端连通，用于对氢气进行干燥、除杂及排出；

6、氧气分离模块，与所述阳极腔室的出口端连通，用于对氧气进行干燥、除杂及排出；

7、性能检测模块，与所述质子交换膜电解槽电连接，用于检测所述质子交换膜电解槽的电性参数；所述电性参数包括电流参数或/和电压参数；

8、控制模块，连接所述性能检测模块，用于在所述电性参数不高于阈值的情况下输出控制指令，以控制所述保护气体输送模块向所述阴极腔室输送保护气体。

9、根据本发明提供的电解水制氢系统，所述电解水制氢系统还包括与所述氢气分离模块的出口端连通的氢气排出模块；所述氢气排出模块包括：

10、第一氢气排出支路，设置有第一阀体，所述第一阀体与所述控制模块连接；

11、第二氢气排出支路，与所述第一氢气排出支路并联，设置有第二阀体，所述第二阀体与所述控制模块连接；

12、当所述保护气体输送模块向所述阴极腔室输送保护气体时，所述控制模块控制所述第一阀体关闭，所述第二阀体打开；

13、当所述保护气体输送模块停止输送保护气体的时间达到时间阈值时，所述控制模块控制所述第一阀体打开，所述第二阀体关闭。

14、根据本发明提供的电解水制氢系统，沿着氢气的流动方向，所述氢气分离模块包括：

15、第一水汽分离器，与所述阴极腔室的出口端连通，水从所述第一水汽分离器的液体出口流出，氢气从所述第一水汽分离器的气体出口流出；

16、第一冷凝组件，与所述第一水汽分离器的气体出口连通；

17、氢气除杂干燥组件，连通于所述第一冷凝组件及所述氢气排出模块之间。

18、根据本发明提供的电解水制氢系统，所述氢气除杂干燥组件包括：

19、除氧塔，与所述第一冷凝组件的出口端连通；

20、第一干燥组件，连通于所述除氧塔与所述氢气排出模块。

21、根据本发明提供的电解水制氢系统，所述第一干燥组件的数量至少为两个；所述氢气除杂干燥组件还包括至少两个第三阀体；所述第一干燥组件的进口端通过所述第三阀体均与所述第一冷凝组件的出口端连通，所述第一干燥组件的出口端均与所述氢气排出模块连通。

22、根据本发明提供的电解水制氢系统，沿着氧气的流动方向，所述氧气分离模块包括：

23、过滤组件，与所述阳极腔室连通；

24、换热组件，与所述过滤组件的出口端连通；

25、第二水汽分离器，与所述换热组件的出口端连通；

26、回水支路，设置于所述第二水汽分离器的液体出口与所述阳极腔室之间。

27、根据本发明提供的电解水制氢系统，所述氧气分离模块还包括设置于所述回水支路上的第四阀体和第一抽水单元。

28、根据本发明提供的电解水制氢系统，所述电解水制氢系统还包括进水模块；进水模块包括：

29、进水支路，连接于水源与所述第二水汽分离器的进水口；

30、第五阀体，设置于进水支路，用于控制水流通断；

31、第二抽水单元，设置于所述第五阀体与所述第二水汽分离器之间的所述进水支路，用于将水抽至所述第二水汽分离器。

32、根据本发明提供的电解水制氢系统，所述氧气分离模块还包括：

33、第二冷凝组件，与所述第二水汽分离器的气体出口端连通；

34、第二干燥组件，与所述第二冷凝组件的出口端连通，用于干燥氧气，并将氧气排出。

35、根据本发明提供的电解水制氢系统，所述电解水制氢系统还包括：

36、氢气浓度检测模块，设置于所述第二干燥组件的出口端，与所述控制模块电连接。

37、本发明提供的电解水制氢系统，设置与质子交换膜电解槽电连接的性能检测模块，通过性能检测模块检测质子交换膜电解槽的电性参数，其中，电性参数包括电流参数或/和电压参数；且控制模块在电性参数不高于阈值的情况下输出控制指令，以控制保护气体输送模块向阴极腔室输送保护气体，能够迅速降低阳极腔室内的氢气分压，能够快速降低氢气的跨膜运输，保证设备的安全运行。

技术特征：

1.一种电解水制氢系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述电解水制氢系统还包括与所述氢气分离模块(300)的出口端连通的氢气排出模块(500)；所述氢气排出模块(500)包括：

3.根据权利要求2所述的电解水制氢系统，其特征在于，沿着氢气的流动方向，所述氢气分离模块(300)包括：

4.根据权利要求3所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述氢气除杂干燥组件(330)包括：

5.根据权利要求4所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述第一干燥组件(332)的数量至少为两个；所述氢气除杂干燥组件(330)还包括至少两个第三阀体(333)；所述第一干燥组件(332)的进口端通过所述第三阀体(333)均与所述第一冷凝组件(320)的出口端连通，所述第一干燥组件(332)的出口端均与所述氢气排出模块(500)连通。

6.根据权利要求1至5任一项所述的电解水制氢系统，其特征在于，沿着氧气的流动方向，所述氧气分离模块(400)包括：

7.根据权利要求6所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述氧气分离模块(400)还包括设置于所述回水支路上的第四阀体(440)和第一抽水单元(450)。

8.根据权利要求7所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述电解水制氢系统还包括进水模块(600)，所述进水模块(600)包括：

9.根据权利要求7所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述氧气分离模块(400)还包括：

10.根据权利要求9所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述电解水制氢系统还包括：

技术总结
本发明涉及制氢技术领域，公开了一种电解水制氢系统，包括质子交换膜电解槽、保护气体输送模块、氢气分离模块、氧气分离模块和性能检测模块；保护气体输送模块与阴极腔室连通；氢气分离模块与阴极腔室的出口端连通；氧气分离模块与阳极腔室的出口端连通；性能检测模块与质子交换膜电解槽电连接，用于检测质子交换膜电解槽的电性参数；控制模块连接性能检测模块，用于在电性参数不高于阈值的情况下输出控制指令，以控制保护气体输送模块向阴极腔室输送保护气体。本发明通过保护气体输送模块向阴极腔室输送保护气体，能够迅速降低阳极腔室内的氢气分压，能够快速降低氢气的跨膜运输，保证设备的安全运行。

技术研发人员：黄兵,刘世伟,饶洪宇
受保护的技术使用者：三一氢能有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4