一种用于纯水SPE电解水器的供水-冷却-控温一体化系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于纯水SPE电解水器的供水‑冷却‑控温一体化系统。包括纯水水箱、进水泵、电解水器和散热器；所述纯水水箱上开设有水箱补水口和氧气排出口，且设置有电导率探头；所述纯水水箱通过导管与电解水器连接，所述电解水器与散热器连接，所述散热器与纯水水箱连接；所述纯水水箱与电解水器之间设置有进水泵，所述电解水器与散热器之间设置有调节器；所述调节器还通过管道与散热器与纯水水箱之间的管道连接；所述散热器与纯水水箱之间设置有金属离子去除器。本实用新型专利技术解决了传统电解水器需要二个系统分别实现供水及散热的问题，通过一个回路系统即解决了电解水器的同时供水和散热问题，可简化系统和降低电解水器的成本。

An integrated water supply cooling temperature control system for pure water SPE electrolyzer

【技术实现步骤摘要】
一种用于纯水SPE电解水器的供水-冷却-控温一体化系统
本技术涉及纯水电解制氢领域，具体涉及一种用于纯水SPE电解水器的供水-冷却-控温一体化系统。
技术介绍
纯水SPE电解制氢主要是纯水在电解水器中电解产生氢气和氧气（结构示意图见图2）。固体聚合物电解质膜的两面沉积或者粘合催化剂制得的薄膜电极置于电解器中的（单，或者双）极板的阳极和阴极之间，密封形成一个电解池单元或者多个电解池通过共用双极板组合（串联）在一起的电堆，通入纯水并加上外电源时，水分子在阳极被氧化析出氧气、氢离子和电子；氢离子穿过膜电极从阳极侧到达阴极侧，电子通过外电路传递到薄膜电极阴极侧，二者在阴极侧结合形成氢气。在电解过程中，需要持续不断地给阳极侧补充水分，同时，电解过程中会在电极上产生大量热量，这部分热量若持续累计，会使得膜电极过热，进而引起质子交换膜降解、催化剂脱落等严重问题，破坏膜电极结构，引起电极性能衰减。然而，电解水器在电解水时，一定的温度又能提高催化剂的反应活性和反应速率，因此一般需将温度控制在合适范围内，以提高电解水器的电解性能。因此，及时移除多余的热量、控制好电解水器的温度对于提高电解性能、延长膜电极寿命、降低能量消耗具有十分重要的意义。为了实现以上目标，目前的电解技术一般都是设置供水和冷却两个相互独立的系统。中国专利技术专利CN109338392A公开了一种水电解制氢设备的综合处理装置，该综合处理装置包括壳体、电源、电解箱和储气罐，其中分别设置了原料供给系统和电解箱冷却系统：电解箱与电解箱上部的原料供给循环系统相连完成原料的供给，而电解箱的冷却则由设置于电解箱底部的专门的冷却系统完成；中国专利技术专利CN101775611A公开了一种自对流散热的电解水氢氧气体发生器，该电解水装置在原料供给箱上部设置单独的冷却水箱，利用电解时产生的热量加热原料供给箱上部冷却水箱中的水，完成自对流散热，在这套装置中，原料供给系统与冷却系统亦是两个相互独立的系统。两个系统的设置增加了系统的复杂性和制造成本，因此，有必要对电解水器系统进行改进。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本技术提出一种纯水SPE电解水器供水-冷却-控温一体化系统及其使用方法。本技术技术方案如下。一种用于纯水SPE电解水器供水-冷却-控温一体化系统，包括纯水水箱、进水泵、电解水器和散热器；所述纯水水箱上开设有水箱补水口和氧气排出口，且设置有电导率探头；所述纯水水箱通过导管与电解水器连接，所述电解水器与散热器连接，所述散热器与纯水水箱连接；所述纯水水箱与电解水器之间设置有进水泵，所述电解水器与散热器之间设置有调节器；所述调节器还通过管道与散热器与纯水水箱之间的管道连接；所述散热器与纯水水箱之间设置有金属离子去除器；所述散热器内部设置有散热风扇。本技术还包括第一温度传感器、第二温度传感器和温度控制器；所述第一温度传感器设置于散热器与金属离子去除器之间的管道上；所述第二温度传感器设置于调节器与电解水器之间的管道上，所述温度控制器与第一温度传感器、第二温度传感器、电导率探头、散热风扇、调节器和进水泵之间电性连接。一种用于纯水SPE电解水器供水-冷却-控温一体化系统的使用方法，包括如下步骤：水箱中的纯水通过管路和水泵进入电解水器进水口，经过电解水器阳极区电解后，温度升高的纯水和电解生成的氧气一起通过散热器散热降温后进入金属离子去除器，然后沿着回路管道回到水箱，在水箱实现氧气的分离，分离出的氧气从氧气排放口排放，电解池温度通过控制水的流量和换热器的分散来实现，为了保证在低温环境下的工作，系统在散热器位置还设置了旁路。本技术方法具体为：系统运行时，控制器首先接收纯水水箱中电导率探头的信号，检测检测纯水水箱中纯水的电导率；检测合格后，控制器控制进水泵将纯水水箱中的纯水输送到电解水器阳极侧进行电解反应；反应后，高温纯水和氧气从电解水器阳极侧出口排出，进入调节器；控制器接收温度传感器的温度信号，控制调节器，使高温纯水按照0~100%的比例进入散热器和旁路，并在金属离子去除器前汇合，经金属离子去除器去除循环过程中溶入的金属离子后返回纯水水箱；同时，控制器接收温度传感器的温度信号后，控制散热风扇的转速，来调节散热器的散热效果。返回纯水水箱后的纯水和氧气，在纯水水箱中进行分离，纯水与纯水水箱中的纯水混合，继续进行循环，氧气则通过纯水水箱中的氧气排出口排走。本技术通过一套系统即可同时解决电解水器的供水和散热。进一步地，在回路中设置了水泵、散热器、温度控制系统，在实现对电解水器的有效供水的同时，还可实现对电解水器的有效冷却及控温，无需设置专门的冷却系统。进一步地，设置了散热器旁路，低温环境下无需散热甚至需要保温时，流体通过旁路直接流回水箱，无需经过散热器。进一步地，纯水回路上设置温度传感器和控制器，通过对水流量的控制和散热风扇的控制来实现对电解池的有效温度控制。进一步地，除在整个回路上采用耐腐蚀不锈钢和塑料件外，回路上还设置了金属离子去除器，金属离子去除器中装填离子交换树脂，以除去纯水中的金属离子，达到保证电解水器长寿命的目的。本技术是这样实现的：纯水经过进水泵进入电解水器，经过电解反应后，高温纯水和氧气的混合流体从电解水器的阳极出口排出，进入散热器散热或者（部分或者全部）经过旁路流经金属离子去除器去除金属离子，然后进入纯水水箱，在水箱中实现氧气和水的分离，氧气通过水箱上设置的氧气排出口排出。电解水器的温度通过控制系统对水泵的流量、冷却风扇的转速、以及流体旁路开关的控制来实现。纯水的纯净程度通过设置在水箱上的电导率检测器检测。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术的用于纯水SPE电解水器的供水-冷却-控温一体化系统，能通过一套系统同时完成供水和冷却控温的功能，无需像传统的电解水器一样设置两套系统，无需在电解水器的极板上加工复杂的冷却腔体和流场，大大简化了纯水电解水器及其极板的结构，可有效降低纯水电解水器的制造成本和运行成本。附图说明图1为本技术用于纯水SPE电解水器供水-冷却-控温一体化系统的系统示意图；图2为纯水SPE电解水器结构示意图。图中各个部件如下：纯水水箱1、第一温度传感器2、散热器3、第二温度传感器4、调节器5、电解水器6、进水泵7、散热风扇8、水箱补水口9、氧气排出口10、电导率探头11、金属离子去除器12、控制器13。具体实施方式下面结合纯水SPE电解水器供水-冷却-控温一体化系统的系统示意图进行详细说明：如图1所示，一种用于纯水SPE电解水器供水-冷却-控温一体化系统，包括：纯水水箱1、进水泵7、电解水器6和散热器3；所述纯水水箱1上开设有水箱补水口9和氧气排出口10，且设置有电导率探头11；所述纯水水箱1通过导管与电解水器6连接，所述电解水器6与散热器3连接，所述散热器3与纯水水箱1连接；所述纯水水箱1与电解水器6之间设置有进水泵7，所述电解水器6与散热器3之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于纯水SPE电解水器的供水-冷却-控温一体化系统，其特征在于，包括：纯水水箱（1）、进水泵（7）、电解水器（6）和散热器（3）；所述纯水水箱（1）上开设有水箱补水口（9）和氧气排出口（10），且设置有电导率探头（11）；所述纯水水箱（1）通过导管与电解水器（6）连接，所述电解水器（6）与散热器（3）连接，所述散热器（3）与纯水水箱（1）连接；所述纯水水箱（1）与电解水器（6）之间设置有进水泵（7），所述电解水器（6）与散热器（3）之间设置有调节器（5）；所述调节器（5）还通过管道与散热器（3）与纯水水箱（1）之间的管道连接；所述散热器（3）与纯水水箱（1）之间设置有金属离子去除器（12）；所述散热器（3）内部设置有散热风扇（8）。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于纯水SPE电解水器的供水-冷却-控温一体化系统，其特征在于，包括：纯水水箱（1）、进水泵（7）、电解水器（6）和散热器（3）；所述纯水水箱（1）上开设有水箱补水口（9）和氧气排出口（10），且设置有电导率探头（11）；所述纯水水箱（1）通过导管与电解水器（6）连接，所述电解水器（6）与散热器（3）连接，所述散热器（3）与纯水水箱（1）连接；所述纯水水箱（1）与电解水器（6）之间设置有进水泵（7），所述电解水器（6）与散热器（3）之间设置有调节器（5）；所述调节器（5）还通过管道与散热器（3）与纯水水箱（1）之间的管道连接；所述散热器（3）与纯水水箱（1）之间设置有金属离子去除器（12）；所述散热器（3）内部设置有散热风扇（8）。


2.根据权利要求1所述用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖世军，宋慧宇，王西奎，
申请(专利权)人：华南理工大学，广州现代产业技术研究院，
类型：新型
国别省市：广东;44