差压式阴离子交换膜水电解自动化系统及制氢方法技术方案

本发明专利技术涉及电解水制氢技术领域，公开了一种差压式阴离子交换膜水电解自动化系统及制氢方法。该系统包括电解槽、补水单元、冷凝单元、收集单元和控制器，电解槽产生的氧气，在常压下经由补水单元中的原料水箱和氧气水分离器后外排；电解槽产生的氢气，先经收集单元中的氢分离器和氢气水分离器二次处理后，再利用收集单元中的背压阀增压后输出，形成氢氧两侧的差压式系统；补水单元中的原料水箱可自动进料，且补水单元中的循环泵和电解槽的启停受原料水箱中的液位控制，实现了全自动化进料、循环和电解控制，大大提高了电解水制氢的智能化程度，降低了人为调控的风险，同时达到制氢设备小型化效果。备小型化效果。备小型化效果。

【技术实现步骤摘要】
差压式阴离子交换膜水电解自动化系统及制氢方法


[0001]本专利技术涉及电解水制氢
，尤其涉及一种差压式阴离子交换膜水电解自动化系统及制氢方法。

技术介绍

[0002]电解水制氢是一种较为方便的制取氢气的方法，在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气。
[0003]在现有技术中，水电解电解槽基本为氢氧侧均压式，需要人为控制氢氧两侧的液位平衡，还需要配置大量的手动阀门和管件，操作较为繁琐，系统也偏向复杂，安全隐患多；另外，制氢系统也多数采用手动式或半自动化操作，虽然系统配备了多位点的检测和控制，但尚未完全实现一键式、全自动化的智能操作系统。

技术实现思路

[0004]针对上述的不足，本专利技术的主要目的在于提供一种差压式阴离子交换膜水电解自动化系统及制氢方法，旨在解决需要人为控制氢氧两侧的液位平衡、未实现制氢系统全自动化的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种差压式阴离子交换膜水(AEM)电解自动化系统，所述系统包括：
[0006]电解槽，包括氢侧腔和氧侧腔，用于电解电解液；
[0007]补水单元，与所述电解槽的入水口相连接，用于向所述电解槽中输送所述电解液；以及
[0008]与所述氧侧腔的出气口相连接，用于排出所述氧侧腔电解产生的氧气；
[0009]冷凝单元，设置于所述补水单元和所述电解槽之间，用于冷却所述补水单元向所述电解槽输送的所述电解液；
[0010]收集单元，与所述氢侧腔的出气口相连接，用于分离、提纯并增压输出所述氢侧腔电解产生的氢气；以及
[0011]与所述补水单元相连接，用于将分离、提纯氢气时产生的冷凝水经所述补水单元回流至所述电解槽；
[0012]控制器，与所述电解槽、所述补水单元、所述冷凝单元和所述收集单元通讯连接，为所述系统的控制中心。
[0013]可选的，在一实施例中，所述补水单元包括依次连接的补水蠕动泵、原料水箱和循环泵，且所述原料水箱与所述氧侧腔的出气口相连，所述循环泵的输出端与所述冷凝单元的输入端相连接。
[0014]可选的，在一实施例中，所述补水单元还包括第一液位传感器，所述第一液位传感器设置于所述原料水箱上，用于监测所述原料水箱的水位；
[0015]当所述原料水箱内的液位为低液位时，所述补水蠕动泵开启，向所述原料水箱补
充电解液，且此时循环泵和所述电解槽停止工作；
[0016]当所述原料水箱内的液位为高液位时，所述补水蠕动泵关闭，所述循环泵和所述电解槽开始工作。
[0017]可选的，在一实施例中，所述原料水箱的顶部设置有氧气水分离器，所述氧侧腔产生的氧气依次经所述原料水箱和所述氧气水分离器后排出。
[0018]可选的，在一实施例中，所述收集单元包括依次连接的氢分离器、氢气水分离器和背压阀，且所述氢分离器与所述氢侧腔的出气口相连接；
[0019]当所述氢气水分离器和所述背压阀之间的氢气压力大于所述背压阀的预设压力值时，所述背压阀开启，所述氢气通过所述背压阀排出。
[0020]可选的，在一实施例中，收集单元还包括：
[0021]单向阀，设置于所述氢分离器和所述氢气水分离器之间，用于防止氢气回流；和/或
[0022]压力传感器，设置于所述氢气水分离器和所述背压阀之间，用于检测氢气的输出压力。
[0023]可选的，在一实施例中，所述收集单元还包括第二液位传感器和第一电磁阀，所述第二液位传感器设置于所述氢分离器上，所述氢分离器底部的输出端通过所第一电磁阀与所述循环泵的输入端相连接；
[0024]当所述氢分离器内为低液位时，所述第一电磁阀关闭；
[0025]当所述氢分离器内为高液位时，所述第一电磁阀打开，所述氢分离器内的冷凝水通过所述循环泵回流至所述电解槽中。
[0026]可选的，在一实施例中，所述收集单元还包括第三液位传感器和第二电磁阀，所述第三液位传感器设置于所述氢气水分离器上，所述氢气水分离器底部的输出端通过所第二电磁阀与所述循环泵的输入端相连接；
[0027]当所述氢气水分离器内为低液位时，所述第二电磁阀关闭；
[0028]当所述氢气水分离器内为高液位时，所述第二电磁阀打开，所述氢气水分离器内的冷凝水通过所述循环泵回流至所述电解槽。
[0029]可选的，在一实施例中，所述冷凝单元包括管式冷凝器，且所述管式冷凝器的输入端与所述循环泵相连接，所述管式冷凝器的输出端与所述电解槽的入水口相连接。
[0030]可选的，在一实施例中，所述冷凝单元还包括风冷机，所述风冷机设置于所述管式冷凝器的一侧。
[0031]可选的，在一实施例中，所述氢气水分离器设置于所述管式冷凝器相对于所述风冷机的另一侧，以便于同时对所述氢气水分离器进行冷却。
[0032]可选的，在一实施例中，所述原料水箱的底部设置有排水口，所述排水口通过耦合接口与外部相连接，用于排空所述原料水箱。
[0033]本专利技术还提供一种差压式阴离子交换膜(AEM)水电解制氢方法，利用上述任一种所述的自动化系统进行制氢，所述方法包括：
[0034]所述控制器控制所述补水单元将电解液经所述冷凝单元输送至所述电解槽内；
[0035]所述电解槽电解所述电解液；
[0036]所述电解槽的氧侧腔产生的氧气通过所述补水单元排出；
[0037]所述电解槽的氢侧腔产生的氢气经所述收集单元分离、提纯并增压后输出；
[0038]所述收集单元中产生的冷凝水经所述补水单元回流至所述电解槽内。
[0039]可选的，在一实施例中，所述控制器控制所述补水单元将电解液经所述冷凝单元输送至所述电解槽内的步骤，包括：
[0040]当所述原料水箱内的液位为低液位时，所述补水蠕动泵开启，向所述原料水箱补充电解液，且此时循环泵和所述电解槽停止工作；
[0041]当所述原料水箱内的液位为高液位时，所述补水蠕动泵关闭，所述循环泵和所述电解槽开始工作。
[0042]可选的，在一实施例中，所述电解槽的氧侧腔产生的氧气通过所述补水单元排出的步骤，包括：
[0043]电解槽的氧侧腔产生的氧气依次经所述原料水箱，以及设置于所述原料水箱的顶部的氧气水分离器后排出。
[0044]可选的，在一实施例中，所述电解槽的氢侧腔产生的氢气经所述收集单元分离、提纯并增压后输出的步骤，包括：
[0045]所述电解槽的氢侧腔产生的氧气依次经所述氢分离器和氢气水分离器分离、提纯后，到达所述背压阀处；
[0046]当所述氢气水分离器和所述背压阀之间的氢气压力大于所述背压阀的预设压力值时，所述背压阀开启，所述氢气通过所述背压阀排出。
[0047]可选的，在一实施例中，述收集单元中产生的冷凝水经所述补水单元回流至所述电解槽内的步骤，包括：
[0048]当所述氢分离器内为低液位时，所述氢分离器底部的第一电磁阀关闭；
[0049]当所述氢本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种差压式阴离子交换膜水电解自动化系统，其特征在于，所述系统包括：电解槽，包括氢侧腔和氧侧腔，用于电解电解液；补水单元，与所述电解槽的入水口相连接，用于向所述电解槽中输送所述电解液；以及与所述氧侧腔的出气口相连接，用于排出所述氧侧腔电解产生的氧气；冷凝单元，设置于所述补水单元和所述电解槽之间，用于冷却所述补水单元向所述电解槽输送的所述电解液；收集单元，与所述氢侧腔的出气口相连接，用于分离、提纯并增压输出所述氢侧腔电解产生的氢气；以及与所述补水单元相连接，用于将分离、提纯氢气时产生的冷凝水经所述补水单元回流至所述电解槽；控制器，与所述电解槽、所述补水单元、所述冷凝单元和所述收集单元通讯连接，为所述系统的控制中心。2.根据权利要求1所述的差压式阴离子交换膜水电解自动化系统，其特征在于，所述补水单元包括依次连接的补水蠕动泵、原料水箱和循环泵，且所述原料水箱与所述氧侧腔的出气口相连，所述循环泵的输出端与所述冷凝单元的输入端相连接。3.根据权利要求2所述的差压式阴离子交换膜水电解自动化系统，其特征在于，所述补水单元还包括第一液位传感器，所述第一液位传感器设置于所述原料水箱上，用于监测所述原料水箱的水位；当所述原料水箱内的液位为低液位时，所述补水蠕动泵开启，向所述原料水箱补充电解液，且此时循环泵和所述电解槽停止工作；当所述原料水箱内的液位为高液位时，所述补水蠕动泵关闭，所述循环泵和所述电解槽开始工作。4.根据权利要求2所述的差压式阴离子交换膜水电解自动化系统，其特征在于，所述原料水箱的顶部设置有氧气水分离器，所述氧侧腔产生的氧气依次经所述原料水箱和所述氧气水分离器后排出。5.根据权利要求1所述的差压式阴离子交换膜水电解自动化系统，其特征在于，所述收集单元包括依次连接的氢分离器、氢气水分离器和背压阀，且所述氢分离器与所述氢侧腔的出气口相连接；当所述氢气水分离器和所述背压阀之间的氢气压力大于所述背压阀的预设压力值时，所述背压阀开启，所述氢气通过所述背压阀排出。6.根据权利要求5所述的差压式阴离子交换膜水电解自动化系统，其特征在于，收集单元还包括：单向阀，设置于所述氢分离器和所述氢气水分离器之间，用于防止氢气回流；和/或压力传感器，设置于所述氢气水分离器和所述背压阀之间，用于检测氢气的输出压力。7.根据权利要求5所述的差压式阴离子交换膜水电解自动化系统，其特征在于，所述收集单元还包括第二液位传感器和第一电磁阀，所述第二液位传感器设置于所述氢分离器上，所述氢分离器底部的输出端通过所第一电磁阀与所述循环泵的输入端相连接；当所述氢分离器内为低液位时，所述第一电磁阀关闭；当所述氢分离器内为高液位时，所述第一电磁阀打开，所述氢分离器内的冷凝水通过
所述循环泵回流至所述电解槽中。8.根据权利要求5所述的差压式阴离子交换膜水电解自动化系统，其特征在于，所述收集单元还包括第三液位传感器和第二电磁阀，所述第三液位传感器设置于所述氢气水分离器上，所述氢气水分离器底部的输出端通过所第二电磁阀与所述循环泵的输入端相连接；当所述氢气水分离器内为低液位时，所述第二电磁阀关闭；当所述氢气水分离器内为高液位时，所述第二电磁阀打开，所述氢气水分离器内的冷凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：査鹏飞，潘磊，卓旋，张春荣，王鹏，
申请(专利权)人：北京中电丰业技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：