一种耦合电解制氢能效控制系统及能效控制方法与流程

本发明属于制氢，尤其涉及一种耦合电解制氢能效控制系统及能效控制方法。

背景技术：

1、目前工业化制氢方法有多钟，包括天然气蒸汽重整制氢、甲醇重整制氢、水煤气制氢和水电解制氢，其中水电解制氢的原料水取之不尽且经过能源使用后的反应产物又是水，同时电解水的电能可利用风能、太阳能和核能这些环境友好型能源，因此水电解制氢具有良好的社会性和经济性。

2、现有工艺虽然各有优点，但主要是通过对电解制氢系统的连接方式进行优化，从而达到使降低制氢系统运行成本和风险，压差调节阀更为灵敏准确的目的；或通过增加保温措施来减小系统能耗，方便碱性电解槽快速启动的目的。目前，还没有一种对多个纯水电解槽和碱性电解槽进行组合优化，从而实现能量综合利用、快速启动相应、宽操作弹性和低成本的制氢系统。

技术实现思路

1、鉴于现有技术存在的上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种耦合电解制氢能效控制系统及能效控制方法。

2、本发明实施例采用的技术方案是一种耦合电解制氢能效控制系统，应用于多台电解制氢设备，所述电解制氢设备内设置有电解槽组，包括：若干设备内电解液循环系统和外部热交换系统，所述设备内电解液循环系统上安装有换热器组，所述换热器组连接到外部热交换系统，所述设备内电解液循环系统和外部热交换系统通过换热器组进行热交换。

3、进一步的，所述外部热交换系统包括换热介质管路，所述换热介质管路与设备内电解液循环系统的换热器组连接形成循环管路，所述换热介质管路上还串联有第一循环泵。

4、进一步的，所述换热介质管路并联有冷却装置，所述冷却装置串联有第一冷却阀门，所述第一冷却阀门控制换热介质管路中介质是否流经冷却装置。

5、进一步的，所述换热介质管路上与冷却装置并联的管路上安装有第二冷却阀门，所述第二冷却阀门与第一冷却阀门配合用于控制流向冷却装置的流量。

6、进一步的，所述换热介质管路上设置有调节管路，所述换热介质管路通过调节管路与设备内电解液循环系统的换热器组连接；所述调节管路包括进液管和出液管，所述进液管连接换热介质管路的出输出端和设备内电解液循环系统的换热器组的输入端，所述出液管连接换热介质管路的出输入端和设备内电解液循环系统的换热器组的输出端，所述进液管和/或出液管上安装有第一阀门。

7、进一步的，至少有一个所述设备内电解液循环系统内的换热器组连接的出液管上连接有连通管，所述连通管连接到其他设备内电解液循环系统内换热器组连接的进液管上，所述连通管上安装有第二阀门。

8、进一步的，所述设备内电解液循环系统还包括分离器，电解液流经分离器分离出气体，所述分离器的出气端连接气管，所述气管上并联有多个调节阀。

9、进一步的，所述电解槽组包括多个电解槽，多个电解槽之间并联。

10、进一步的，所述换热器组包括多个换热器，多个换热器之间并联。

11、一种用于纯水电解槽和碱性电解槽联合制氢的能效控制方法，包括如下步骤：

12、以纯水电解槽和碱性电解槽分别构建一个设备内电解液循环系统，所述设备内电解液循环系统还包括第一循环泵和换热器组，所述第一循环泵使纯水电解槽/碱性电解槽中的电解液流经所在设备内电解液循环系统中的换热器组；

13、构建外部热交换系统，所述外部热交换系统包括换热介质管路，所述换热介质管路串联有第一循环泵，所述设备内电解液循环系统通过换热器组连接到外部热交换系统；

14、基于制氢设备的运行状态控制各设备内电解液循环系统是否与外部热交换系统进行热交换。

15、进一步的，所述基于制氢设备的运行状态控制各设备内电解液循环系统是否与外部热交换系统进行热交换包括；

16、当所述纯水电解槽和碱性电解槽同时开始工作时，纯水电解槽和碱性电解槽所在的设备内电解液循环系统中的换热器组均串联到外部热交换系统；

17、当所述纯水电解槽和碱性电解槽同时工作，且纯水电解槽和碱性电解槽中至少有一个电解液温度未达上限值时，纯水电解槽和碱性电解槽所在的设备内电解液循环系统中的换热器组均并联到外部热交换系统。

18、进一步的所述外部热交换系统中还设有冷却装置；

19、所述基于制氢设备的运行状态控制各设备内电解液循环系统是否与外部热交换系统进行热交换包括；

20、当所述纯水电解槽和碱性电解槽其中一个工作或同时工作，且工作中电解槽内的电解液温度达上限值时，纯水电解槽和碱性电解槽所在的设备内电解液循环系统中的换热器组均并联/串到外部热交换系统，且所述外部热交换系统中换热介质流经冷却装置。

21、与现有技术相比，本发明将纯水电解水单元与点阵式碱性电解水单元的冷却循环水系统进行耦合，从而实现纯水电解槽和碱性电解槽的余热互相利用和相互热备，从而实现整体的能量综合利用和快速响应的目的。同时可以实现利用一台或几台电解槽的余热对整个系统电解槽的加热和保温，从而使整个系统处在热备状态，实现对前端新能源电力波动的快速响应。

22、应当理解，前面的一般描述和以下详细描述都仅是示例性和说明性的，而不是用于限制本发明。

23、本发明中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。

技术特征：

1.一种耦合电解制氢能效控制系统，应用于多台电解制氢设备，所述电解制氢设备内设置有电解槽组(1)，其特征在于，包括：若干设备内电解液循环系统和外部热交换系统，所述设备内电解液循环系统上安装有换热器组(2)，所述换热器组(2)连接到外部热交换系统，所述设备内电解液循环系统和外部热交换系统通过换热器组(2)进行热交换。

2.根据权利要求1所述的一种耦合电解制氢能效控制系统，其特征在于，所述外部热交换系统包括换热介质管路，所述换热介质管路与设备内电解液循环系统的换热器组(2)连接形成循环管路，所述换热介质管路上还串联有第一循环泵(3)。

3.根据权利要求2所述的一种耦合电解制氢能效控制系统，其特征在于，所述换热介质管路并联有冷却装置(4)，所述冷却装置(4)串联有第一冷却阀门(5)，所述第一冷却阀门(5)控制换热介质管路中介质是否流经冷却装置(4)。

4.根据权利要求3所述的一种耦合电解制氢能效控制系统，其特征在于，所述换热介质管路上与冷却装置(4)并联的管路上安装有第二冷却阀门(6)，所述第二冷却阀门(6)与第一冷却阀门(5)配合用于控制流向冷却装置(4)的流量。

5.根据权利要求2所述的一种耦合电解制氢能效控制系统，其特征在于，所述换热介质管路上设置有调节管路，所述换热介质管路通过调节管路与设备内电解液循环系统的换热器组(2)连接；所述调节管路包括进液管(7)和出液管(8)，所述进液管(7)连接换热介质管路的出输出端和设备内电解液循环系统的换热器组(2)的输入端，所述出液管(8)连接换热介质管路的出输入端和设备内电解液循环系统的换热器组(2)的输出端，所述进液管(7)和/或出液管(8)上安装有第一阀门(9)。

6.根据权利要求5所述的一种耦合电解制氢能效控制系统，其特征在于，至少有一个所述设备内电解液循环系统内的换热器组(2)连接的出液管(8)上连接有连通管(10)，所述连通管(10)连接到其他设备内电解液循环系统内换热器组(2)连接的进液管(7)上，所述连通管(10)上安装有第二阀门(11)。

7.根据权利要求1所述的一种耦合电解制氢能效控制系统，其特征在于，所述设备内电解液循环系统还包括电解槽组(1)和第二循环泵(12)，所述换热器组(2)、电解槽组(1)和第二循环泵(12)构造为循环管路，所述第二循环泵(12)抽取电解槽组(1)中的电解液流经换热器组(2)并使其回流到电解槽组(1)内。

8.根据权利要求7所述的一种耦合电解制氢能效控制系统，其特征在于，所述设备内电解液循环系统还包括分离器(13)，电解液流经分离器(13)分离出气体，所述分离器(13)的出气端连接气管，所述气管上并联有多个调节阀(14)。

9.根据权利要求7或8所述的一种耦合电解制氢能效控制系统，其特征在于，所述电解槽组(1)包括多个电解槽，多个电解槽之间并联。

10.根据权利要求1所述的一种耦合电解制氢能效控制系统，其特征在于，所述换热器组(2)包括多个换热器，多个换热器之间并联。

11.一种用于纯水电解槽和碱性电解槽联合制氢的能效控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

12.根据权利要求11所述的一种用于纯水电解槽和碱性电解槽联合制氢的能效控制方法，其特征在于，所述基于制氢设备的运行状态控制各设备内电解液循环系统是否与外部热交换系统进行热交换包括；

13.根据权利要求11所述的一种用于纯水电解槽和碱性电解槽联合制氢的能效控制方法，其特征在于，所述外部热交换系统中还设有冷却装置(4)；

技术总结
本发明实施例提供了一种耦合电解制氢能效控制系统及能效控制方法，其中一种耦合电解制氢能效控制系统，应用于多台电解制氢设备，所述电解制氢设备内设置有电解槽组，包括：若干设备内电解液循环系统和外部热交换系统，所述设备内电解液循环系统上安装有换热器组，所述换热器组连接到外部热交换系统，所述设备内电解液循环系统和外部热交换系统通过换热器组进行热交换。将纯水电解水单元与点阵式碱性电解水单元的冷却循环水系统进行耦合，从而实现纯水电解槽和碱性电解槽的余热互相利用和相互热备，从而实现整体的能量综合利用和快速响应的目的。

技术研发人员：林东杰,殷雨田,韩金昌,刘金锋,毛文睿,甘晓雁
受保护的技术使用者：航天长征化学工程股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24