一种具有余热利用的电解水制氢系统技术方案

本发明专利技术涉及一种具有余热利用的电解水制氢系统，包括电解水制氢单元、循环冷却单元和循环预热单元；通过循环预热单元与循环冷却单元的配合设置，实现了电解槽出口侧气液混合流体的多级换热，有效利用电解槽出口侧气液混合流体温度高的余热；一方面，电解槽出口侧的气液混合流体通过循环预热单元和循环冷却单元的多级换热降温，有效保证了流入去离子器的电解水温度在去离子器的额定工作范围内，不影响去离子器的水质处理；另一方面，经多级降温后的流入电解槽入口端的电解水再与电解槽出口端的气液混合流体换热进行预热升温，保证了进入电解槽的电解水温度具有有效提高，提升了电解槽内的运行温度，从而保障电解槽的电解性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种具有余热利用的电解水制氢系统


[0001]本专利技术涉及水电解制氢
，尤其涉及一种具有余热利用的电解水制氢系统。

技术介绍

[0002]氢能作为战略新兴产业，以其清洁低碳、灵活高效的能源属性可以在化工、电力、燃料等领域具有广阔的应用前景。近年来，风电、光伏发电等可再生能源的大规模发展，利用可再生能源发电制氢提供了一条绿色、低碳、可持续的氢能生产方式。电解水制氢过程中，在电能的作用下，水被分解为氢气和氧气，一部分能量以化学能的形式存储在了气体中；由于电解槽内部各部件存在电阻，造成一部分能力以热能的形式释放。电解槽工作过程，随着工作温度的升高，活化损失减小，电解槽性能提升，制氢效率升高。PEM电解水制氢技术，由于存在质子交换膜特性的限制，工作温度一般不高于80℃。PEM电解水制氢采用的是贵金属催化剂，且催化剂具有易中毒的特点，因此在使用过程中，PEM电解水制氢对水中离子要求较高，为了保证循环过程中水质达标，在电解槽入口增加离子交换树脂对电解水进行过滤清洁处理。离子交换树脂虽然可以保证水质要求，但离子树脂工作温度较低，一般在50℃以下；这就会造成电解槽入口温度较低，导致电解槽电能转换效率较低，大大影响制氢效率。因此，业内急需一种新型的具有余热利用的电解水制氢系统。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种具有余热利用的电解水制氢系统，解决
技术介绍
中现有水电解制氢系统中存在的电解槽入口端电解水温度偏低影响电解槽的制氢性能，以及去离子树脂端电解水温度偏高影响电解水质处理的问题。
[0004]本专利技术提供了一种具有余热利用的电解水制氢系统，包括电解水制氢单元、循环冷却单元和循环预热单元；
[0005]所述电解水制氢单元包括电解槽、氧分离器、氢分离器、去离子器、氧气干燥器和氢气干燥器；
[0006]所述循环冷却单元包括第一换热器和冷却水箱；
[0007]循环冷却单元中，冷却水箱通过循环管路连通第一换热器，冷却水箱里的冷却介质通过第一换热器换热后再通过循环管路流回冷却水箱；
[0008]所述循环预热单元包括第二换热器；
[0009]所述电解槽的氢侧出口连通氢分离器，氢分离器输出端连通氢气干燥器；电解槽中水电解产生的氢气依次经氢分离器分离和氢气干燥器干燥后输出；
[0010]电解槽的氧侧出口通过第一管路连通第二换热器的高温流体侧进口；第二换热器的高温流体侧出口通过第二管路连通第一换热器的进口；第一换热器的出口通过第三管路连通氧分离器；氧分离器底部出口通过第四管路连通第二换热器的低温流体侧进口；第二换热器的低温流体侧出口通过第五管路连通电解槽进口；氧分离器顶部出口连通氧气干燥
器；电解槽中水电解产生的氧气依次经第二换热器和第一换热器后流入氧分离器分离，氧分离器分离后的氧气再流入氧气干燥器干燥后输出；
[0011]所述去离子器设置于第四管路上，去离子器用以清洁电解水，以保证电解水的水质。
[0012]进一步地，本专利技术的电解水制氢系统还包括调节回路；调节回路包括第一调节回路和第二调节回路；第一调节回路包括第一调节阀，第一调节阀一端连接第一管路，第一调节阀另一端连接第二管路；通过第一调节阀调节控制电解槽的氧侧出口端气液混合流体经过第二换热器的流量。第二调节回路包括第二调节阀，第二调节阀设置于冷却水箱与第一换热器进水口段的循环管路上；通过第二调节阀调节控制冷却介质进过第一换热器的流量；本专利技术的冷却介质优选液态冷却介质，冷却介质包括但不限于水或防冻液。
[0013]进一步地，本专利技术的电解水制氢系统还包括温度监测回路，温度监测回路包括第一温度计和第二温度计，第一温度计设置于第一管路上，用以检测第一管路中气液混合流体的温度；第二温度计设置于第三管路，用以监测流入氧气分离器的气液混合流体的温度。相应地，本专利技术还可以在第四管路上设置第三温度计，进一步监测流入去离子器端的电解水温度。
[0014]进一步地，本专利技术的电解水制氢系统还包括水质监测回路，水质监测回路包括电导率测试仪；电导率测试仪设置于去离子器与第二换热器的低温流体侧进口之间的第四管路上，用以监测流入电解槽的电解水水质。
[0015]进一步地，氧分离器底部出口与去离子器之间的第四管路上还设有循环泵和流量计；循环泵增强管路的泵送能力，流量计用以监测管路流量。
[0016]进一步地，本专利技术的电解水制氢系统还包括第一单向阀、第二单向阀和第三单向阀；第一单向阀设置于电解槽的氢侧出口；第二单向阀设置于电解槽的氧侧出口；第三单向阀设置于氧分离器底部出口；第一单向阀、第二单向阀和第三单向阀一方面能够实现控制管路的通与闭，另一方面能够防止气液混合流体回流。相应地，本专利技术还可以在电解槽的氢侧出口端设置第四单向阀。
[0017]进一步地，电解槽采用质子交换膜电解槽。
[0018]进一步地，所述第一换热器为间壁式换热器。
[0019]进一步地，所述第二换热器均为间壁式换热器。
[0020]本专利技术的上述技术方案具有如下优点：
[0021]本专利技术的电解水制氢系统，包括电解水制氢单元、循环冷却单元和循环预热单元；本专利技术利用电解槽要求工作温度较高，去离子器要去温度较低的特点，通过循环预热单元与循环冷却单元的配合设置，实现了电解槽出口侧气液混合流体的多级换热，有效利用电解槽出口侧气液混合流体温度高的余热；一方面，电解槽出口侧的气液混合流体通过循环预热单元和循环冷却单元的多级换热降温，有效保证了流入去离子器的电解水温度在去离子器的额定工作范围内，不影响去离子器的水质处理；另一方面，经多级降温后的流入电解槽入口端的电解水再与电解槽出口端的气液混合流体换热进行预热升温，保证了进入电解槽的电解水温度具有有效提高，提升了电解槽内的运行温度，从而保障电解槽的电解性能。
[0022]本专利技术电解水制氢系统中设置的调节回路和温度监测回路，调节回路配合温度监测回路的反馈控制，做到了实时监测各单元温度的同时，能够合理有效的调节控制电解水
的换热温度，保障系统的正常运行。
附图说明
[0023]图1为本专利技术一种具有余热利用的电解水制氢系统的结构框图；
[0024]其中：电解水制氢单元，2、循环冷却单元，3、循环预热单元，4、电解槽，5、氧气分离器，6、氢气分离器，7、循环泵，8、流量计，9、去离子器，10、电导率测试仪，11、氧气干燥器，12、氢气干燥器，13、第一换热器，14、第二调节阀，15、冷却水箱，16、第二换热器，17第一调节阀。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0026]本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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专利技术和简化描述，而不是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有余热利用的电解水制氢系统，其特征在于，包括电解水制氢单元、循环冷却单元和循环预热单元；所述电解水制氢单元包括电解槽、氧分离器、氢分离器、去离子器、氧气干燥器和氢气干燥器；循环冷却单元包括第一换热器和冷却水箱；所述循环冷却单元中，冷却水箱通过循环管路连通第一换热器，冷却水箱里的冷却介质通过第一换热器换热后再通过循环管路流回冷却水箱；循环预热单元包括第二换热器；所述电解槽的氢侧出口连通氢分离器，氢分离器输出端连通氢气干燥器；电解槽中水电解产生的氢气依次经氢分离器分离和氢气干燥器干燥后输出；电解槽的氧侧出口通过第一管路连通第二换热器的高温流体侧进口；第二换热器的高温流体侧出口通过第二管路连通第一换热器的进口；第一换热器的出口通过第三管路连通氧分离器；氧分离器底部出口通过第四管路连通第二换热器的低温流体侧进口；第二换热器的低温流体侧出口通过第五管路连通电解槽进口；氧分离器顶部出口连通氧气干燥器；电解槽中水电解产生的氧气依次经第二换热器和第一换热器后流入氧分离器分离，氧分离器分离后的氧气再流入氧气干燥器干燥后输出；所述去离子器设置于第四管路上，去离子器用以清洁电解水。2.如权利要求1所述的电解水制氢系统，其特征在于，包括调节回路；调节回路包括第一调节回路，第一调节回路包括第一调节阀；第一调节阀一端连接第一管路，第一调节阀另一端连接第二管路，用以调节控制电解槽的氧侧出口端气液混合流体经过第二换热器的流量。3.如权利要求2所述的电解水制氢系统，其特征在于，调节回路还包括第二调节回路，第二调节回路包括第二调节阀；第二调节阀设置于冷却水箱与...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁先明，丁睿，郭向军，王晓威，李黎明，任航星，焦文强，李朋喜，朱艳兵，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一八研究所，
类型：发明
国别省市：