采用外循环蒸发冷却全浸式的水电解制氢系统及使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种采用外循环蒸发冷却全浸式的水电解制氢系统，涉及氢能技术领域。它包括水密封容器、水电解制氢系统、蒸发冷却系统和与补水系统，水密封容器内的冷却水浸没水电解制氢系统；蒸发冷却系统包括蒸发冷却器、冷却水出口和冷却水入口，冷却水出口与水密封容器连接，冷却水入口通过冷却循环泵；补水系统包括补水箱和第一补水管。本发明专利技术结合全浸式和垂直阵列对电解制氢散热效果的优化，利用蒸发冷却器外循环蒸发冷却水电解制氢系统；由于蒸发冷却器的冷却效果显著，使得整个制氢设备的温升降低，设备的温度分布更加均匀，保证整个制氢过程的安全、稳定。本发明专利技术还涉及这种采用外循环蒸发冷却全浸式的水电解制氢系统的使用方法。使用方法。使用方法。

【技术实现步骤摘要】
采用外循环蒸发冷却全浸式的水电解制氢系统及使用方法


[0001]本专利技术涉及氢能
，更具体地说它是一种采用外循环蒸发冷却全浸式的水电解制氢系统。本专利技术还涉及这种采用外循环蒸发冷却全浸式的水电解制氢系统的使用方法。

技术介绍

[0002]水可以通过蒸发吸收热量，因此具有一定的冷却功能，蒸发冷却技术从热学原理上是水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽，蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热；由于流体的汽化潜热要比流体的比热大很多，所以蒸发冷却的冷却效果更为显著，且蒸发冷却具有无污染、初投资与运行成本低，实现方便等特点；但是传统的制氢工艺的散热并没有采用蒸发冷却技术。
[0003]制氢过程是一个放热过程，随着制氢容量的逐步增大，制氢设备产生的热能将巨大；常规的开敞式冷却散热效果不尽如人意，经常出现高温报警甚至损毁设备的情况，而氢气又是易燃易爆炸的危险性气体，在有氧环境下遇高温易产生事故；根据电解制氢工艺要求，相应的设备温度必须控制在一定的范围内，不得超过规定值；根据以往的生产经验数据，传统的制氢系统当电解水制氢规模为10MW时，大约耗费5kW
·
h电能可产生1m3氢气，采用热值换算得到大约1/3的电能将直接转化为发热量；因此，在整个制氢过程中所产生的热量非常巨大，如若不能较好的处理散热问题，将降低制氢效率并带来一定的安全性问题。
[0004]因此，研发一种采用外循环蒸发冷却全浸式的水电解制氢系统很有必要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一目的是为了克服上述背景技术的不足之处，而提供一种采用外循环蒸发冷却全浸式的水电解制氢系统。
[0006]本专利技术的第二目的是为了提供这种采用外循环蒸发冷却全浸式的水电解制氢系统的使用方法。
[0007]为了实现上述第一目的，本专利技术的技术方案为：采用外循环蒸发冷却全浸式的水电解制氢系统，其特征在于：包括水密封容器、位于水密封容器内的水电解制氢系统、与水密封容器连接的蒸发冷却系统和与水密封容器连接的补水系统，所述水密封容器内的冷却水浸没水电解制氢系统；
[0008]所述蒸发冷却系统包括蒸发冷却器、冷却水出口和冷却水入口，所述冷却水出口与水密封容器连接，所述冷却水入口通过冷却循环泵；
[0009]所述补水系统包括补水箱和第一补水管，所述第一补水管一端与补水箱连接，另一端与水密封容器连接。
[0010]在上述技术方案中，所述蒸发冷却器内有冷凝室,所述冷凝室内部两侧设置有冷凝排管，所述冷凝排管底部有集水盘，所述集水盘两端均与循环水管连接，所述循环水管沿冷凝室外壁布置，位于蒸发冷却器顶部的循环水管与冷凝室顶部连通，所述循环水管与循
环水泵连接。
[0011]在上述技术方案中，所述蒸发冷却器顶部设置有轴流风机，所述轴流风机的进风口位于蒸发冷却器两侧，所述循环水管位于轴流风机下方。
[0012]在上述技术方案中，所述冷凝排管向集水盘倾斜布置。
[0013]在上述技术方案中，所述补水系统还包括第二补水管，所述第二补水管一端与补水箱连接，另一端与循环水管连接。
[0014]在上述技术方案中，所述水电解制氢系统为垂直阵列结构，水电解制氢系统与被冷却水浸没的储气罐连接。
[0015]在上述技术方案中，所述水密封容器顶部有泄漏收集贮气间。
[0016]在上述技术方案中，所述第一补水管上设置有补水泵。
[0017]为了实现上述第二目的，本专利技术的技术方案为：采用外循环蒸发冷却全浸式的水电解制氢系统的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0018]步骤1：打开第一补水管上的补水泵，从补水箱往水密封容器内注水，完全淹没水电解制氢系统，至设定的水位值时停止注水；
[0019]步骤2：蒸发冷却器通过连通的补水箱重力补水；
[0020]步骤3：关闭补水泵，开启冷却循环泵，水电解制氢系统开始工作；如存在泄漏情况，泄漏的氢气将被集中到泄漏收集贮气间，泄漏收集贮气间压强逐渐增大，达到设定值时开启排气阀排至备用储氢罐；
[0021]步骤4：水电解制氢系统正常工作时，通过水密封容器内设定的水温传感器，监测水温的变化值，并与冷却循环泵联动，根据设定的温度变化超过+2℃，启动冷却循环泵，冷却循环泵联动蒸发冷却器启动运行，开启蒸发冷却换热，带走水电解产生的热量至外界环境；当水温回归设定值，蒸发冷却器先停止运行，后冷却循环泵停止运行；如此循环，保证整个水电解制氢过程能不断进行。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0023]1)本专利技术充分利用水的蒸发冷却吸热特性，结合全浸式和垂直阵列对电解制氢散热效果已有优化改善的基础上利用蒸发冷却器外循环蒸发冷却水电解制氢系统；由于蒸发冷却器的冷却效果显著，使得整个制氢设备的温升降低，设备的温度分布更加均匀，保证整个制氢过程的安全、稳定。
[0024]2)本专利技术将蒸发冷却技术应用在水电解制氢系统上，引用了蒸发冷却器，充分利用了外界空气作为自然冷源，与空气直接进行热交换，换热效率高，技术成熟可靠，并且能适应多种工况。
[0025]3)本专利技术的水电解制氢系统为垂直单元分布，有利于散热与节省空间，增强了水电解制氢能力。
[0026]4)本专利技术将水电解制氢系统全部置于水密封容器内的水下，隔绝外部环境影响，在安全、防爆、泄露检测等方面的功能性有了很大提升，并执行全过程封闭可视化管理，具有高标准工艺价值。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的结构示意图。
[0028]图2为蒸发冷却系统的结构示意图。
[0029]其中，1
‑
水密封容器，11
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储气罐，12
‑
泄漏收集贮气间，2
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水电解制氢系统，3
‑
蒸发冷却系统，31
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蒸发冷却器，311
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冷凝室，312
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冷凝排管，313
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集水盘，314
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循环水管，315
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循环水泵，32
‑
冷却水出口，33
‑
冷却水入口，331
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冷却循环泵，34
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轴流风机，4
‑
补水系统，41
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补水箱，42
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第一补水管，421
‑
补水泵，43
‑
第二补水管。
具体实施方式
[0030]下面结合附图详细说明本专利技术的实施情况，但它们并不构成对本专利技术的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本专利技术的优点更加清楚和容易理解。
[0031]参阅附图可知：采用外循环蒸发冷却全浸式的水电解制氢系统，其特征在于：包括水密封容器1、位于水密封容器1内的水电解制氢系统2、与水密封容器1连接的蒸发冷却系统3和与水密封容器1连接的补水系统4，所述水密封容器1内的冷却水浸没水电解制氢系统2；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.采用外循环蒸发冷却全浸式的水电解制氢系统，其特征在于：包括水密封容器(1)、位于水密封容器(1)内的水电解制氢系统(2)、与水密封容器(1)连接的蒸发冷却系统(3)和与水密封容器(1)连接的补水系统(4)，所述水密封容器(1)内的冷却水浸没水电解制氢系统(2)；所述蒸发冷却系统(3)包括蒸发冷却器(31)、冷却水出口(32)和冷却水入口(33)，所述冷却水出口(32)与水密封容器(1)连接，所述冷却水入口(33)通过冷却循环泵(331)；所述补水系统(4)包括补水箱(41)和第一补水管(42)，所述第一补水管(42)一端与补水箱(41)连接，另一端与水密封容器(1)连接。2.根据权利要求1所述的采用外循环蒸发冷却全浸式的水电解制氢系统，其特征在于：所述蒸发冷却器(31)内有冷凝室(311),所述冷凝室(311)内部两侧设置有冷凝排管(312)，所述冷凝排管(312)底部有集水盘(313)，所述集水盘(313)两端均与循环水管(314)连接，所述循环水管(314)沿冷凝室(311)外壁布置，位于蒸发冷却器(31)顶部的循环水管(314)与冷凝室(311)顶部连通，所述循环水管(314)与循环水泵(315)连接。3.根据权利要求2所述的采用外循环蒸发冷却全浸式的水电解制氢系统，其特征在于：所述蒸发冷却器(31)顶部设置有轴流风机(34)，所述轴流风机(34)的进风口位于蒸发冷却器(31)两侧，所述循环水管(314)位于轴流风机(34)下方。4.根据权利要求3所述的采用外循环蒸发冷却全浸式的水电解制氢系统，其特征在于：所述冷凝排管(312)向集水盘(313)倾斜布置。5.根据权利要求4所述的采用外循环蒸发冷却全浸式的水电解制氢系统，其特征在于：所述补水系统(4)还包括第二补水管(43)，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢方祥，梁波，刘亚青，谌睿，
申请(专利权)人：长江勘测规划设计研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：