质子交换膜制氢系统的制作方法

本申请属于绿色能源领域，尤其涉及一种质子交换膜制氢系统。

背景技术：

1、质子交换膜制氢系统具有稳定、清洁和无噪声等优点，是未来动力能源的技术制高点，也是国内外高校，科研机构和跨国企业的研究热点。质子交换膜制氢是利用直流电将水分解成气态氢和氧。在阳极处，水被氧化成氧气和质子，水和质子迁徙到阴极，电子通过外部电路流到阴极。在阴极氢侧处，质子得到电子被还原并形成氢气。原则上质子交换膜起到良好的隔绝氢气和氧气的作用。

2、相关技术中，质子交换膜制氢系统主要采用氢侧水循环制氢，在实际运行过程中，会有大量的水被氢气拖拽到氢侧，而部分被拖曳到氢侧的水的电导率较差，无法重复利用。在电导率较差的水长时间淤积在氢侧的情况下，会导致氢侧发生其他反应，影响电解槽的性能与使用寿命，需要对其进行改进。

技术实现思路

1、本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种质子交换膜制氢系统，可以减少氢侧水资源浪费，还可以减少因为电导率比较差对电解槽自身的性能与寿命的影响。

2、第一方面，本申请提供了一种质子交换膜制氢系统，包括：电解槽、氧气处理模块、氢侧水循环模块、氢气处理模块和氢侧去离子模块；所述电解槽的氧侧气口与所述氧气处理模块的气体进口相连；所述电解槽的氢侧水口和氢侧气口均与所述氢侧水循环模块相连；所述氢气处理模块与所述氢侧水循环模块相连；所述氢侧去离子模块的进口和出口均与所述氢侧水循环模块相连，且在所述电解槽停机的情况下，所述氢侧去离子模块被配置为通过所述氢侧水循环模块与所述电解槽的氢侧循环连通。

3、根据本申请的质子交换膜制氢系统，通过设置氢侧去离子模块以及氢侧水循环模块，并在所述电解槽停机的情况下，所述氢侧去离子模块被配置为通过所述氢侧水循环模块与所述电解槽的氢侧循环连通，可以将电解槽中氢侧循环水水路中电导率比较差的纯水置换出来，减少因为电导率比较差对电解槽自身的性能与寿命的影响。

4、根据本申请的一个实施例，所述氢侧去离子模块包括：

5、第一水箱，所述第一水箱的进口连接至所述氢侧去离子模块的进口；

6、并联的第一分支和第二分支，所述第一水箱的出口通过并联的第一分支和第二分支连接至所述氢侧去离子模块的出口，所述第一分支设有第一分支控制阀，所述第二分支设有第二分支控制阀和去离子器；

7、第一电导率检测器，所述第一电导率检测器设于所述氢侧去离子模块的出口。

8、根据本申请的一个实施例，所述氢侧水循环模块包括：

9、第一通路，所述氢侧去离子模块的进口与所述第一通路相连，所述电解槽的氢侧水口与所述第一通路的第一节点之间通过第一循环控制阀相连；

10、第二通路，所述氢侧去离子模块的出口与所述第二通路相连，所述电解槽的氢侧气口与所述第二通路的第二节点之间通过第二循环控制阀相连。

11、根据本申请的质子交换膜制氢系统，第一处理控制阀用于控制氢气处理模块与第一通路之间的连通或断开，第二处理控制阀用于控制氢气处理模块与第二通路之间的连通或断开，从而对多个电解槽中某一台电解槽氢侧的电导率比较差的水进行置换，减少因为电导率比较差对电解槽自身的性能与寿命的影响。

12、根据本申请的一个实施例，所述电解槽为多个，各所述电解槽的氢侧并联于所述第一通路和所述第二通路，所述第一通路上相邻的两个所述第一节点之间设有第一通路控制阀，所述第二通路上相邻的两个所述第二节点之间设有第二通路控制阀。

13、根据本申请的一个实施例，所述氢气处理模块与所述第一通路之间通过第一处理控制阀相连，所述氢气处理模块与所述第二通路之间通过第二处理控制阀相连。

14、根据本申请的一个实施例，所述氢气处理模块包括：

15、氢气气液分离器，所述氢气气液分离器的进口与所述氢侧水循环模块相连；

16、缓冲容器，所述缓冲容器的进口与所述氢气气液分离器的排水口相连，且设有第二电导率检测器，所述缓冲容器的出口可选择性地连接至所述质子交换膜制氢系统的第二水箱。

17、根据本申请的一个实施例，所述氢气处理模块还包括：

18、三通阀，所述三通阀的进口与所述缓冲容器的出口相连，所述三通阀的第一出口与所述第一水箱相连，所述三通阀的第二出口与所述质子交换膜制氢系统的废水管相连。

19、根据本申请的一个实施例，所述电解槽为多组，每组包括至少一个电解槽，所述氧气处理模块包括多个，所述氢气处理模块包括多个，多组所述电解槽与多个所述氧气处理模块一一对应地连接，多组所述电解槽与多个所述氢气处理模块一一对应地连接，且所述电解槽的各口均设有电解槽控制阀。

20、根据本申请的质子交换膜制氢系统，通过设置多组电解槽，每组电解槽分别与对应的氧气处理模块和氢气处理模块连接，通过在电解槽的各口均设有电解槽控制阀，可以对每套质子交换膜制氢系统进行单独控制，也可以满足多槽并联运行，从而达到更高的产氢量。

21、根据本申请的一个实施例，还包括：阀门切换模块，多个所述氧气处理模块通过所述阀门切换模块与多组所述电解槽连接。

22、根据本申请的一个实施例，所述电解槽为两组，每组包括多个电解槽，所述氧气处理模块包括两个，所述氢气处理模块包括两个；所述阀门切换模块包括：

23、首尾顺次相连的第一至第六切换阀，第一切换阀与第二切换阀的连接处与第四切换阀与第五切换阀的连接处连通，第一切换阀与第六切换阀的连接处与第一个氧气处理模块的液体出口相连，第二切换阀与第三切换阀的连接处与第二个氧气处理模块的液体出口相连，第五切换阀与第六切换阀的连接处与第一组电解槽的氧侧水口相连，第三切换阀与第四切换阀的连接处与第二组电解槽的氧侧水口相连。

24、根据本申请的质子交换膜制氢系统，通过采用双分离器设计和阀门切换模块，可以满足两个分离器分别支持一台或两台电解槽同时运行，并在运行过程中每个分离器自成一套测试系统，在运行过程中可以将两个分离器中的压力、温度和流量等参数调成不同的值进行对比测试，从而验证各种变量对电解槽的影响。

25、本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种质子交换膜制氢系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的质子交换膜制氢系统，其特征在于，所述氢侧去离子模块包括：

3.根据权利要求1所述的质子交换膜制氢系统，其特征在于，所述氢侧水循环模块包括：

4.根据权利要求3所述的质子交换膜制氢系统，其特征在于，所述电解槽为多个，各所述电解槽的氢侧并联于所述第一通路和所述第二通路，所述第一通路上相邻的两个所述第一节点之间设有第一通路控制阀，所述第二通路上相邻的两个所述第二节点之间设有第二通路控制阀。

5.根据权利要求3所述的质子交换膜制氢系统，其特征在于，所述氢气处理模块与所述第一通路之间通过第一处理控制阀相连，所述氢气处理模块与所述第二通路之间通过第二处理控制阀相连。

6.根据权利要求1所述的质子交换膜制氢系统，其特征在于，所述氢气处理模块包括：

7.根据权利要求6所述的质子交换膜制氢系统，其特征在于，所述氢气处理模块还包括：

8.根据权利要求1-7中任一项所述的质子交换膜制氢系统，其特征在于，所述电解槽为多组，每组包括至少一个电解槽，所述氧气处理模块包括多个，所述氢气处理模块包括多个，多组所述电解槽与多个所述氧气处理模块一一对应地连接，多组所述电解槽与多个所述氢气处理模块一一对应地连接，且所述电解槽的各口均设有电解槽控制阀。

9.根据权利要求8所述的质子交换膜制氢系统，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求9所述的质子交换膜制氢系统，其特征在于，所述电解槽为两组，每组包括多个电解槽，所述氧气处理模块包括两个，所述氢气处理模块包括两个；所述阀门切换模块包括：

技术总结
本申请公开了一种质子交换膜制氢系统，属于绿色能源领域。所述质子交换膜制氢系统，包括：电解槽、氧气处理模块、氢侧水循环模块、氢气处理模块和氢侧去离子模块；所述电解槽的氧侧气口与所述氧气处理模块的气体进口相连；所述电解槽的氢侧水口和氢侧气口均与所述氢侧水循环模块相连；所述氢气处理模块与所述氢侧水循环模块相连；所述氢侧去离子模块的进口和出口均与所述氢侧水循环模块相连，且在所述电解槽停机的情况下，所述氢侧去离子模块被配置为通过所述氢侧水循环模块与所述电解槽的氢侧循环连通。本申请可以降低氢侧水资源浪费，还可以减少因为电导率比较差对电解槽自身的性能与寿命的影响。

技术研发人员：郑朋朋,陈泽楷,晏伟,张玉月
受保护的技术使用者：阳光氢能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17