一种多通道PEM纯水电解制氢测试装置及使用方法与流程

一种多通道pem纯水电解制氢测试装置及使用方法
技术领域
1.本发明涉及电解水制氢技术领域，特别涉及一种多通道pem纯水电解制氢测试装置及使用方法。


背景技术：

2.pem纯水制氢具有稳定，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。在pem电解纯水制氢中电解槽的研发和开发的各个环节中，pem电解制氢单元的测试平台的技术水平起着至关重要的作用。然而市场现有的测试台架很少或仅能满足单个电解槽性能的测试，测试单一且不稳定。所以研发一种稳定，高效的pem电解纯水制氢单元测试装置就十分重要。


技术实现要素：

3.本发明目的在于提供一种多通道pem纯水电解制氢测试装置及使用方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
4.为解决上述技术问题所采用的技术方案：
5.首先本发明提供一种多通道pem纯水电解制氢测试装置，其包括：机架、纯水供給机构、氢气检测组件和供电组件，机架前侧设置有测试台面、设置于测试台面后侧上部的控制面板，所述测试台面均布有多个用于装夹pem电解槽的装夹支架，所述控制面板包括设置于上部的仪表显示区、设置于下部的操作区，所述仪表显示区设置有流量显示仪；纯水供給机构包括纯水供給管路、纯水冷却组件，所述纯水供給管路包括安装于机架内的水箱、连接于水箱上侧的补水电磁阀、设置有相互单独的多个供水通道的供水泵组、多根纯水供水管、多根纯水回水管，所述供水泵组设置有设置于仪表显示区的多通道压力控制仪，在所述水箱内设置有加热组件和第三传感器，所述纯水冷却组件的进水口与水箱相连，所述纯水冷却组件的出水口与多个供水通道的进水端连接，在所述操作区设置有分别与多个供水通道出水端连接的多个纯水供水接头、与水箱相连的多个纯水回水接头，在每个纯水供水接头与供水通道之间均设置有控制水阀，所述控制水阀设置于操作区，所述纯水供水管的一端与纯水供水接头一一对应连接，所述纯水回水管与所述纯水回水接头一一对应连接，对应的一对所述纯水供水管和纯水回水管的另一端与pem电解槽的进、出水口可拆卸地连接；氢气检测组件包括安装于机架内的氢水分离器和干燥器、安装于仪表显示区上的智能露点仪、与流量显示仪连接的高压质量流量计、安装于操作区的多个氢气集流接头，所述氢气集流接头连接有氢气集流管，所述氢气集流管与pem电解槽的氢气口可拆连接，多个所述氢气集流接头的内端与氢水分离器的进口连接，在每个所述氢气集流接头与氢水分离器的进气端之间依次设置有第二传感器和单向阀，所述氢水分离器的出气端与干燥器的进气端连接，在所述氢水分离器的出气端与干燥器的之间连接有设置于测试台面前侧的氢气压力表，所述干燥器的排气端通过三通接头分别与智能露点仪、高压质量流量计连接，在所述智能露点仪与干燥器之间设置有露点电磁阀，在所述高压质量流量计与干燥器之间设置有流
量计电磁阀；供电组件包括安装于机架上的供电电源、与供电电源连接的电导仪、设置于操作区的多对供电接头，所述供电接头连接有供电导线，每一对所述供电接头通过两根供电导线与pem电解槽的两电极可拆卸地连接，所述电导仪设置于仪表显示区，所述供电电源对多对供电接头供电；
6.多对供电接头、多个氢气集流接头、多个纯水供水接头、多个纯水回水接头与多个控制水阀一一对应排列设置。
7.本多通道pem纯水电解制氢测试装置的有益效果是：在使用时，可将多个pem电解槽装夹于多个装夹支架上，然后将对应的一对所述纯水供水管和纯水回水管的另一端与pem电解槽的进、出水口连接，对应的氢气集流管与pem电解槽的氢气口连接，将对应的一对所述供电接头通过两根供电导线与pem电解槽的两电极连接，水箱的纯水经过加热后再经过纯水冷却组件进行冷却，使得从纯水冷却组件出来的纯水达到工作温度，通过多通道压力控制仪来控制供水泵组中每个供水通道的纯水流量及压力，打开对应的几个控制水阀，电导仪控制供电电源对每个pem电解槽供给不同电流、电压，使得多个pem电解槽可在不同的工况下进行电解水，纯水从pem电解槽出来回流至水箱，pem电解槽出来的氢气通过第二传感器和单向阀后，进入氢水分离器和干燥器，氢水分离器将氢气和水分离，干燥器对氢气干燥，经过干燥处理的氢气分为两条支路，支路一的氢依次经过露点电磁阀、智能露点仪，智能露点仪检测氢气中含水量，达到测量氢气纯度的目的，支路二的氢气依次经过流量计电磁阀、高压质量流量计，高压质量流量计可测试产氢速率，通过控制供电电源的串并联组合和多个供水通道的供水泵组的水流量，可同时对多个pem电解槽在不同电流、电压、流量下的测试，提高了测试效率，并且，控制面板上的仪表显示区和操作区集成了显示和操作的区域，操作起来更加方便直观。
8.作为上述技术方案的进一步改进，在所述智能露点仪与露点电磁阀之间设置有减压阀，所述减压阀设置于测试台面的前侧，在所述氢气压力表与干燥器之间依次连接有超压开关、压力跟踪器、背压阀和输出电磁阀，所述背压阀设置于测试台面的前侧。为了保证氢气具有一定的压强，设置了超压开关，在设定的压力时，超压开关才受控打开，氢气依次流压力跟踪器、背压阀和输出电磁阀后进入干燥器。
9.作为上述技术方案的进一步改进，在所述背压阀和输出电磁阀之间连接有排空管路，所述排空管路依次连接有排空电磁阀、排空手动阀、排空传感器。
10.如果氢气压力过于设定值或者氢气量较多时，超压开关和排空电磁阀打开，氢气通过排空管路往外排。
11.作为上述技术方案的进一步改进，所述氢水分离器的排水口通过回水管路与水箱连接，所述回水管路安装有回水电磁阀。
12.当氢水分离器中的水达到设定的值时，回水电磁阀受控打开，水回流至水箱。
13.作为上述技术方案的进一步改进，所述氢水分离器为多级氢水分离器结构，所述干燥器包括多个依次连接的干燥管。
14.本方案采用多级氢水分离器的结构，提高氢水分离的效果，以及设置了多个干燥管来提高干燥的效果。
15.作为上述技术方案的进一步改进，所述供水泵组与纯水冷却组件之间设置有水质水温检测仪，所述供水泵组的出口连接有与多个供水通道连接的排水管路，所述排水管路
安装有排水电磁阀。
16.本方案设置了水质水温检测仪来监测纯水的水质，如果水质不合格，排水电磁阀打开，供水泵组将水往排水管路排，水质合格后，才打开对应的控制水阀。
17.作为上述技术方案的进一步改进，所述水箱的底部设置有排水口，所述排水口通过排水阀与排水管路连接，所述第三传感器包括液位传感器和温度传感器。
18.本方案中的水箱如果水位高于设定值上限，排水阀打开，而低于设定值下限，补水电磁阀开启。
19.作为上述技术方案的进一步改进，所述纯水冷却组件包括依次闭环连接的缓冲罐、换热器、冷水机和循环泵，所述换热器的进、出水口分别与水箱、多个供水通道的进水端相连，所述供水泵组为多通道蠕动泵。
20.本方案通过缓冲罐、换热器、冷水机和循环泵形成的冷媒冷却回路来与纯水进行冷却。
21.作为上述技术方案的进一步改进，所述机架为机箱结构，在所述机架内设置有相互连通的安装上腔室和安装下腔室，在所述机架的顶部设置有散热风扇。
22.散热风扇主要对机架内部进行散热，避免出现过热的现象。安装上腔室和安装下腔室用来安装各个零部件。
23.此外，本发明还提供一种多通道pem纯水电解制氢测试装置的使用方法，多通道pem纯水电解制氢测试装置还包括plc控制单元，所述plc控制单元与各个电元件控制连接，具体步骤如下：
24.s1、将待测试的多个pem电解槽一一对应地装夹于装夹支架上，将多对所述纯水供水管和纯水回水管的另一端与多个pem电解槽的进、出水口连接好，以及将多个所述氢气集流管与多个pem电解槽的氢气口连接好，多对所述供电接头通过供电导线与pem电解槽的两电极连接好；
25.s2、自来水通过小型纯水机与补水电磁阀连接，并对水箱进行供水，加热组件对水箱内的水进行加热，第三传感器监控水箱的水位及温度；
26.s3、水箱内的纯水加热至设定的温度后，经过纯水冷却组件进行冷却，使得从纯水冷却组件出来的纯水达到工作温度；
27.s4、水质水温检测仪对纯水冷却组件出来纯粹进行探测，假设探测水质不合格，则打开排水电磁阀，启动供水泵组，将不合格纯水排掉，再对水箱进行补水、加热、冷却，使得水质水温检测仪探测水质合格。
28.s5、打开各个控制水阀，启动供水泵组，多通道压力控制仪控制多个供水通道的水流量和压力，水进入pem电解槽达到电解制氢工作要求后，plc控制单元控制供电电源的串并联组合，使得施加在每个pem电解槽的电流电压相异，最后水流回水箱；
29.s6、pem电解槽电解生成的氢气通过第二传感器和单向阀后，进入氢水分离器和干燥器，氢水分离器将氢气和水分离，干燥器对氢气干燥，经过干燥处理的氢气分为两条支路，支路一的氢依次经过露点电磁阀、智能露点仪，智能露点仪检测氢气中含水量，达到测量氢气纯度的目的，支路二的氢气依次经过流量计电磁阀、高压质量流量计，高压质量流量计可测试产氢速率。
附图说明
30.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；
31.图1是本发明所提供的通道pem纯水电解制氢测试装置，其一实施例其中一个视角下的结构示意图；
32.图2是本发明所提供的通道pem纯水电解制氢测试装置，其一实施例另外一个视角下的结构示意图；
33.图3是本发明所提供的通道pem纯水电解制氢测试装置，其一实施例的侧视图；
34.图4是本发明所提供的通道pem纯水电解制氢测试装置，其一实施例的控制流程图。
具体实施方式
35.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
36.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
37.在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
38.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
39.参照图1至图4，本发明的多通道pem纯水电解制氢测试装置作出如下实施例：
40.本实施例的多通道pem纯水电解制氢测试装置包括机架30、纯水供給机构、氢气检测组件和供电组件。
41.其中机架30前侧设置有测试台面32、设置于测试台面32后侧上部的控制面板33，所述测试台面32均布有多个用于装夹pem电解槽10的装夹支架，所述控制面板33包括设置于上部的仪表显示区、设置于下部的操作区，所述仪表显示区设置有与各个流量传感器连接的流量显示仪27，并且所述机架30为机箱结构，在所述机架30内设置有相互连通的安装上腔室和安装下腔室，在所述机架30的顶部设置有散热风扇31散热风扇31主要对机架30内部进行散热，避免出现过热的现象，安装上腔室和安装下腔室用来安装各个零部件。
42.而纯水供給机构包括纯水供給管路、纯水冷却组件，所述纯水供給管路包括安装于机架30内的水箱1、连接于水箱1上侧的补水电磁阀2、设置有相互单独的多个供水通道的供水泵组、多根纯水供水管34、多根纯水回水管35，所述供水泵组设置有设置于仪表显示区的多通道压力控制仪29，所述供水泵组为多通道蠕动泵8，多通道压力控制仪29用于控制每个供水通道的泵头驱动力，在所述水箱1内设置有加热组件和第三传感器，所述供水泵组与纯水冷却组件之间设置有水质水温检测仪44，所述供水泵组的出口连接有与多个供水通道
连接的排水管路，所述排水管路安装有排水电磁阀3，所述水箱1的底部设置有排水口，所述排水口通过排水阀45与排水管路连接，所述第三传感器包括液位传感器和温度传感器，本实施例设置了水质水温检测仪44来监测纯水的水质，如果水质不合格，排水电磁阀3打开，供水泵组将水往排水管路排，水质合格后，才打开对应的控制水阀9，水箱1如果水位高于设定值上限，排水阀45打开，而低于设定值下限，补水电磁阀2开启，其中补水电磁阀2连接过小型纯水机。
43.本实施例的所述纯水冷却组件包括依次闭环连接的缓冲罐5、换热器4、冷水机7和循环泵6，所述换热器4的进、出水口分别与水箱1、多个供水通道的进水端相连，通过缓冲罐5、换热器4、冷水机7和循环泵6形成的冷媒冷却回路来与纯水进行冷却。
44.在所述操作区设置有分别与多个供水通道出水端连接的多个纯水供水接头、与水箱1相连的多个纯水回水接头，在每个纯水供水接头与供水通道之间均设置有控制水阀9，所述控制水阀9设置于操作区，所述纯水供水管34的一端与纯水供水接头一一对应连接，所述纯水回水管35与所述纯水回水接头一一对应连接，对应的一对所述纯水供水管34和纯水回水管35的另一端与pem电解槽10的进、出水口可拆卸地连接。
45.在使用时，将多个pem电解槽10装夹于多个装夹支架上，然后将对应的一对所述纯水供水管34和纯水回水管35的另一端与pem电解槽10的进、出水口连接。
46.氢气检测组件包括安装于机架30内的氢水分离器13和干燥器、安装于仪表显示区上的智能露点仪24、与流量显示仪27连接的高压质量流量计26、安装于操作区的多个氢气集流接头，所述氢气集流接头连接有氢气集流管36，所述氢气集流管36与pem电解槽10的氢气口可拆连接，多个所述氢气集流接头的内端与氢水分离器13的进口连接，在每个所述氢气集流接头与氢水分离器13的进气端之间依次设置有第二传感器11和单向阀12，所述氢水分离器13的出气端与干燥器的进气端连接，在所述氢水分离器13的出气端与干燥器的之间连接有设置于测试台面32前侧的氢气压力表15，所述干燥器的排气端通过三通接头分别与智能露点仪24、高压质量流量计26连接，在所述智能露点仪24与干燥器之间设置有露点电磁阀22，在所述高压质量流量计26与干燥器之间设置有流量计电磁阀25。
47.进一步地，在所述智能露点仪24与露点电磁阀22之间设置有减压阀23，所述减压阀23设置于测试台面32的前侧，在所述氢气压力表15与干燥器之间依次连接有超压开关16、压力跟踪器17、背压阀18和输出电磁阀19，所述背压阀18设置于测试台面32的前侧，为了保证氢气具有一定的压强，设置了超压开关16，在设定的压力时，超压开关16才受控打开，氢气依次流压力跟踪器17、背压阀18和输出电磁阀19后进入干燥器。
48.并且，在所述背压阀18和输出电磁阀19之间连接有排空管路39，所述排空管路39依次连接有排空电磁阀21、排空手动阀40、排空传感器41，如果氢气压力过于设定值或者氢气量较多时，超压开关16和排空电磁阀21打开，氢气通过排空管路39往外排。
49.此外，所述氢水分离器13的排水口通过回水管路42与水箱1连接，所述回水管路42安装有回水电磁阀43，当氢水分离器13中的水达到设定的值时，回水电磁阀43受控打开，水回流至水箱1。
50.本实施例中的所述氢水分离器13为多级氢水分离器结构，所述干燥器包括多个依次连接的干燥管20，采用多级氢水分离器的结构，提高氢水分离的效果，以及设置了多个干燥管20来提高干燥的效果。
51.在使用时，对应的氢气集流管36与pem电解槽10的氢气口连接。
52.供电组件包括安装于机架30上的供电电源37、与供电电源37连接的电导仪28、设置于操作区的多对供电接头38，所述供电接头38连接有供电导线，每一对所述供电接头38通过两根供电导线与pem电解槽10的两电极可拆卸地连接，所述电导仪28设置于仪表显示区，所述供电电源37对多对供电接头38供电，在使用时，将对应的一对所述供电接头38通过两根供电导线与pem电解槽10的两电极连接。
53.本实施例还提供一种多通道pem纯水电解制氢测试装置的使用方法，多通道pem纯水电解制氢测试装置还包括plc控制单元，所述plc控制单元与各个电元件控制连接，具体步骤如下：
54.s1、将待测试的多个pem电解槽10一一对应地装夹于装夹支架上，将多对所述纯水供水管34和纯水回水管35的另一端与多个pem电解槽10的进、出水口连接好，以及将多个所述氢气集流管36与多个pem电解槽10的氢气口连接好，多对所述供电接头38通过供电导线与pem电解槽10的两电极连接好；
55.s2、自来水通过小型纯水机与补水电磁阀2连接，并对水箱1进行供水，加热组件对水箱1内的水进行加热，第三传感器监控水箱1的水位及温度；
56.s3、水箱1内的纯水加热至设定的温度后，经过纯水冷却组件进行冷却，使得从纯水冷却组件出来的纯水达到工作温度；
57.s4、水质水温检测仪44对纯水冷却组件出来纯粹进行探测，假设探测水质不合格，则打开排水电磁阀3，启动供水泵组，将不合格纯水排掉，再对水箱1进行补水、加热、冷却，使得水质水温检测仪44探测水质合格。
58.s5、打开各个控制水阀9，启动供水泵组，多通道压力控制仪29控制多个供水通道的水流量和压力，水进入pem电解槽10达到电解制氢工作要求后，plc控制单元控制供电电源37的串并联组合，使得施加在每个pem电解槽10的电流电压相异，最后水流回水箱1；
59.s6、pem电解槽10电解生成的氢气通过第二传感器11和单向阀12后，进入氢水分离器13和干燥器，氢水分离器13将氢气和水分离，干燥器对氢气干燥，经过干燥处理的氢气分为两条支路，支路一的氢依次经过露点电磁阀22、智能露点仪24，智能露点仪24检测氢气中含水量，达到测量氢气纯度的目的，支路二的氢气依次经过流量计电磁阀25、高压质量流量计26，高压质量流量计26可测试产氢速率。
60.本实施例通过控制供电电源37的串并联组合和多个供水通道的供水泵组的水流量，可同时对多个pem电解槽10在不同电流、电压、流量下的测试，提高了测试效率，并且，控制面板33上的仪表显示区和操作区集成了显示和操作的区域，操作起来更加方便直观。
61.以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。