制氢系统和制氢系统的控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种制氢系统和制氢系统的控制方法，制氢系统包括电解液储存装置、换热器、预热器、电解槽、梯级蓄热装置和冷却装置，电解液储存装置、换热器的热侧、预热器的冷侧和电解槽相连通组成反应回路；梯级蓄热装置包括至少两个放热侧，放热侧之间的输出温度不同，其中一个放热侧与预热器的热侧相连通组成预热回路，其余放热侧一一对应地接入所述加热回路；换热器的冷侧和蓄热装置的蓄热侧相连通组成蓄热回路。本发明专利技术提供的制氢系统对反应过程散发的大量无效废热进行有效储存，实现低品质热能的回收利用，并利用回收的热量对电解液进行预热，转“冷启动”为“热启动”，缩短了启动时间，提升了制氢速度和效率，节能降耗，降低运行成本。行成本。行成本。

【技术实现步骤摘要】
制氢系统和制氢系统的控制方法


[0001]本申请涉及电解水制氢
，具体涉及一种制氢系统和制氢系统的控制方法。

技术介绍

[0002]目前，常用的电解水制氢方式有碱性电解水制氢、质子交换膜电解水制氢和固体氧化物电解水制氢。碱性电解水制氢技术相对简单，成本较低，但存在制氢效率低，氢气纯度低等问题，且电解质为碱性物质，整体存在安全隐患。固体氧化物电解水制氢需要较高温度才可进行电解，能耗较高，热能损失较大。质子交换膜电解水制氢技术因其高电流密度、高产氢量、效率高、系统安全等优点而成为最常用的制取氢气的技术路线。
[0003]然而，实际工程应用中，质子交换膜电解水制氢系统存在以下技术难题：第一，系统冷启动时冷水直接进入电解槽，依赖直流电将电解液加热，不仅反应速率慢，催化活性和制氢效率低，而且启动时间长，较难维持电解槽的恒温状态；第二，电解将产生大量需要疏散的废热，而这些废热无法有效回收利用，一方面，若不及时疏散废热，将产生膜电极过热、催化剂脱落、电极性能衰减等严重问题，另一方面，目前的热量疏散往往通过冷却塔或冷水机组设备实现，未进行废热回收，不符合节能降耗的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种制氢系统，本专利技术的实施例还提出制氢系统的控制方法。
[0005]本专利技术实施例提供的制氢系统包括：电解液储存装置、换热器、预热器、电解槽和蓄热装置，所述电解液储存装置、所述换热器的热侧、所述预热器的冷侧和所述电解槽相连通组成反应回路，所述电解液储存装置输出的电解液在输入所述电解槽之前在所述换热器释放热量以降温或者在所述预热器吸收热量以升温；所述蓄热装置的放热侧与所述预热器的热侧相连通组成预热回路，通过所述预热回路，所述蓄热装置释放热量以加热所述预热器冷侧的电解液；所述换热器的冷侧和所述蓄热装置的蓄热侧相连通组成蓄热回路，通过所述蓄热回路，所述换热器热侧释放的热量储存于所述蓄热装置中。
[0006]本专利技术提供的制氢系统对电解液进行预热，转“冷启动”为“热启动”，缩短了启动时间，提升了制氢速度和效率，节能降耗，降低运行成本，还对制氢系统散发的大量无效废热进行有效储存，并实现低品质热能的回收利用。
[0007]在一些实施例中，制氢系统还包括冷却装置，所述冷却装置连接于所述蓄热回路中，所述冷却装置用于释放所述蓄热回路中多余的热量。
[0008]在一些实施例中，制氢系统还包括至少一个加热回路，所述蓄热装置为梯级蓄热装置，所述梯级蓄热装置包括至少两个放热侧，所述放热侧之间的输出温度不同，其中一个放热侧接入所述预热回路，其余放热侧一一对应地接入所述加热回路。
[0009]在一些实施例中，所述梯级蓄热装置包括至少两个蓄热区和热水管，所述蓄热区
中分别填充有相变温度不同的相变材料，所述热水管贯穿每一个所述蓄热区，所述热水管中的高温介质释放热量以使所述相变材料相变蓄热，所述梯级蓄热装置的放热侧与所述蓄热区一一对应。
[0010]在一些实施例中，位于上游的所述蓄热区中的相变材料的相变温度高于位于下游的所述蓄热区中的相变材料的相变温度。
[0011]在一些实施例中，接入所述预热回路的放热侧对应的所述蓄热区中的相变材料的相变温度在50℃
‑
60℃之间。
[0012]在一些实施例中，所述加热回路用于与生活用水系统换热以加热生活用水，接入所述加热回路中的所述放热侧对应的蓄热区中的相变材料的相变温度在30℃
‑
50℃之间。
[0013]在一些实施例中，所述预热器位于所述换热器的下游，所述预热器包括电解液管和预热盘管，所述电解液管接入所述反应回路中，所述预热盘管接入所述预热回路中，所述电解液管为蛇形管，所述预热盘管包括若干直管段和若干连通管，所述直管段套设所述电解液管的一部分，若干所述直管段相互平行，所述连通管连通相邻两个所述直管段。
[0014]在一些实施例中，制氢系统包括控制器和若干温度检测器，所述控制器用于根据所述温度检测器的温度检测信号，控制所述预热回路、所述加热回路、所述蓄热回路的启闭。
[0015]本专利技术另一方面实施例提供的制氢系统的控制方法，包括：
[0016]判断所述蓄热装置是否有蓄热量，若否，判断所述电解槽入口处的电解液温度T1是否小于设定阈值，若是，关闭所述预热回路且关闭所述蓄热装置，若否，关闭所述预热回路且打开所述蓄热回路，
[0017]若经判断所述蓄热装置有蓄热量，判断所述电解槽入口处的电解液温度T1是否小于设定阈值，若是，开启所述预热回路且关闭所述蓄热回路，若否，关闭所述预热回路且打开所述蓄热回路。
[0018]在一些实施例中，所述控制方法还包括：若经判断所述蓄热装置有蓄热量，还判断用户侧是否需要热水供应，若是，开启所述加热回路，若否，关闭所述加热回路。
[0019]在一些实施例中，控制方法还包括若T1大于等于设定阈值且用户侧不需要热水供应，关闭所述预热回路和所述加热回路并开启所述蓄热回路。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例中供热阶段的制氢系统的结构示意图。
[0021]图2是本专利技术实施例中蓄热阶段的制氢系统的结构示意图。
[0022]图3是本专利技术实施例中预热器的结构示意图。
[0023]图4是本专利技术实施例中梯级蓄热装置的结构示意图。
[0024]图5是本专利技术实施例中制氢系统的控制方法的流程示意图。
[0025]附图标记：
[0026]1、电解液储存装置；2、换热器；3、预热器；31、电解液管；32、预热盘管；321、直管段；322、连通管；4、电解槽；5、梯级蓄热装置；50、肋片；51、第一蓄热区；511、第一充注口；512、第一排出口；52、第二蓄热区；521、第二充注口；522、第二排出口；53、热水管；54、外壳；55、内壳；56、绝热分隔板；571、第一流通区；572、第二流通区；581、第一出水口；582、第一进
水口；591、第二出水口；592、第二进水口；6、冷却塔；7、循环水泵；8、冷却水泵；91、第一调节阀；92、第二调节阀；101、第一热电阻；102、第二热电阻；103、第三热电阻；11、控制器；12、变频器；13、超纯水机。
具体实施方式
[0027]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0028]下面根据图1
‑
图5描述本专利技术实施例提供的制氢系统和制氢系统的控制方法。如图1和图2所示，本专利技术实施例提供的制氢系统包括电解液储存装置1、换热器2、预热器3、电解槽4和蓄热装置。
[0029]电解液储存装置1、换热器2的热侧、预热器3的冷侧和电解槽4相连通组成反应回路。电解液储存装置1输出的电解液在输入电解槽4之前在换热器2释放热量以降温或者在预热器3吸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制氢系统，其特征在于，包括：电解液储存装置、换热器、预热器、电解槽和蓄热装置，所述电解液储存装置、所述换热器的热侧、所述预热器的冷侧和所述电解槽相连通组成反应回路，所述电解液储存装置输出的电解液在输入所述电解槽之前在所述换热器释放热量以降温或者在所述预热器吸收热量以升温；所述蓄热装置的放热侧与所述预热器的热侧相连通组成预热回路，通过所述预热回路，所述蓄热装置释放热量以加热所述预热器冷侧的电解液；所述换热器的冷侧和所述蓄热装置的蓄热侧相连通组成蓄热回路，通过所述蓄热回路，所述换热器热侧释放的热量储存于所述蓄热装置中。2.根据权利要求1所述的制氢系统，其特征在于，还包括冷却装置，所述冷却装置连接于所述蓄热回路中，所述冷却装置用于释放所述蓄热回路中多余的热量。3.根据权利要求1所述的制氢系统，其特征在于，还包括至少一个加热回路，所述蓄热装置为梯级蓄热装置，所述梯级蓄热装置包括至少两个放热侧，所述放热侧之间的输出温度不同，其中一个放热侧接入所述预热回路，其余放热侧一一对应地接入所述加热回路。4.根据权利要求3所述的制氢系统，其特征在于，所述梯级蓄热装置包括至少两个蓄热区和热水管，所述蓄热区中分别填充有相变温度不同的相变材料，所述热水管贯穿每一个所述蓄热区，所述热水管中的高温介质释放热量以使所述相变材料相变蓄热，所述梯级蓄热装置的放热侧与所述蓄热区一一对应。5.根据权利要求4所述的制氢系统，其特征在于，位于上游的所述蓄热区中的相变材料的相变温度高于位于下游的所述蓄热区中的相变材料的相变温度。6.根据权利要求4或5所述的制氢系统，其特征在于，接入所述预热回路的放热侧对应的所述蓄热区中的相变材料的相变温度在50℃
‑
60℃之间。7.根据权利要求4或5中任一项所述的制氢系统，其特征在于，所述加热回路用于加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：马淑杰，张延伟，马莉，郭春，赵宇峰，梅武，
申请(专利权)人：国家电投集团氢能科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：