本申请提供了一种碱性电解水制氢系统、其氧气除杂保护装置及保护方法，所述保护装置用于连接所述碱性电解水制氢系统的氧气分离器；所述保护装置包括氧气纯化设备、氧气存储设备、第一截止阀和空气泵；所述氧气纯化设备连接到所述氧气分离器，用于对来自所述氧气分离器的粗氧进行纯化除杂，所述氧气纯化设备还连接到所述氧气存储设备，用于将得到的纯氧存入所述氧气存储设备；所述氧气存储设备通过所述空气泵和所述第一截止阀连接到所述氧气分离器，用于在所述碱性电解水制氢系统处于低负载工作模式时将所储存的氧气通入所述氧气分离器，以降低所述氧气分离器中氧气内氢气杂质含量，进而保护碱性电解水制氢系统。进而保护碱性电解水制氢系统。进而保护碱性电解水制氢系统。
【技术实现步骤摘要】
碱性电解水制氢系统、其氧气除杂保护装置及保护方法
[0001]本申请涉及电解水制氢
，且特别涉及一种碱性电解水制氢系统、其氧气除杂保护装置及保护方法。
技术介绍
[0002]电解水制氢技术是将电能转化为化学能的非常有前景的技术，在波动性可再生能源的利用领域中有极大的发展空间。利用电解水装置可以将波动性的光伏、风电、富裕水电、波浪能、潮汐能等可再生能源产生的电能直接转化为氢气中的化学能，进而转化为其他化工产品或将其用作燃料，实现能量的大规模、长时间储存。也可以将电解水装置用于电力系统的调峰调频场景。碱性电解水制氢技术是目前最为成熟的大规模制氢技术，但是碱性电解水制氢系统的性能受到系统内氧气中氢气杂质的含量限制，在低负载工作时系统内氧气中氢气的含量会超过4％这一安全值(工业要求通常为2％)，有导致爆炸的风险。碱性电解水制氢系统分为独立碱液循环和混合碱液循环两种策略类型，其中混合碱液循环策略类型因为更简洁的系统结构和控制策略被广泛使用，但该类型系统的缺陷是氧气中氢气杂质的含量增加。
[0003]为了解决碱性电解水制氢系统低负载下氧气中氢气杂质含量增加带来的系统灵活运行范围较小的问题，需要设计方案减少氧气分离器中的氢气杂质含量。中国专利
[0004]CN211872097U涉及了一种宽功率电解水制氢系统，将整流变压器与波动性电源连接，利用分离器将氢气和氧气与碱液分离，再经过气体冷却器和气体捕滴器进行纯化。该专利描述了碱性电解水制氢系统的结构，但是并不能解决氢氧混合杂质的问题，其系统功率可调节的范围受到了限制。
[0005]CN111663150B涉及了一种波动型功率输入的电解水制氢方法和装置，将波动型输入功率分配为电解功率和蓄热功率，蓄热功率用于设备的冷启动，电解功率用于为电解水提供电能。该专利从电源侧功率分配解决了波动型电源输入的问题，但是波动性可再生能源的波动幅度相当大并且很多时候不能达到电解槽的电解功率，因此该专利并不能缓解碱性电解水系统低负载工作时氧气中氢气杂质超标的问题。
[0006]CN113005470A涉及了一种制氢控制方法及装置、电子设备和存储介质，基于氢氧比实时控制电解质制备氢气的输出摩尔流量，以控制氢氧比远离爆点，提高制氢的安全性，进而提高制备氢气的灵活性。该专利不需要增加额外的设备，但是需要变化系统的压力，会对后续氢气处理系统的运行产生影响。
技术实现思路
[0007]鉴于上述现有技术的状态而做出本申请。本申请的目的在于提供一种碱性电解水制氢系统、其氧气除杂保护装置及保护方法，可以降低碱性电解水制氢系统的氧气中氢气杂质的含量，确保碱性电解水制氢系统在低负载时安全运行。
[0008]本申请的实施方式提供一种碱性电解水制氢系统的氧气除杂保护装置，所述保护
装置用于连接所述碱性电解水制氢系统的氧气分离器；所述保护装置包括氧气纯化设备、氧气存储设备、第一截止阀和空气泵；
[0009]所述氧气纯化设备连接到所述氧气分离器，用于对来自所述氧气分离器的粗氧进行纯化除杂，所述氧气纯化设备还连接到所述氧气存储设备，用于将得到的纯氧存入所述氧气存储设备；
[0010]所述氧气存储设备通过所述空气泵和所述第一截止阀连接到所述氧气分离器，用于在所述碱性电解水制氢系统处于低负载工作模式时将所储存的氧气通过所述空气泵、所述第一截止阀通入所述氧气分离器，以降低所述氧气分离器中氧气内氢气杂质的含量。
[0011]在至少一个可能的实施方式中，所述的碱性电解水制氢系统的氧气除杂保护装置，还包括第一调节阀、第二截止阀和第三截止阀，所述氧气纯化设备通过所述第一调节阀和所述第二截止阀连接到所述氧气分离器，所述氧气纯化设备通过所述第三截止阀连接到所述氧气存储设备。
[0012]在至少一个可能的实施方式中，所述的碱性电解水制氢系统的氧气除杂保护装置中，所述氧气纯化设备有两套设备组，所述两套设备组经由各自的所述第二截止阀和所述第三截止阀并联接入所述氧气分离器和所述氧气存储设备之间，使得所述两套设备组能够交替进入纯化和再生阶段。
[0013]在至少一个可能的实施方式中，所述的碱性电解水制氢系统的氧气除杂保护装置，还包括连接到所述氧气存储设备且用于调节所述氧气存储设备中的压力的第二调节阀。
[0014]在至少一个可能的实施方式中，所述的碱性电解水制氢系统的氧气除杂保护装置中，所述氧气纯化设备仅有一套设备组，所述保护装置还包括氧气排空流路，所述氧气排空流路经由所述第一调节阀连接到所述氧气分离器，所述氧气排空流路中包括第四截止阀，用于将不流经所述氧气纯化设备的氧气排放出去。
[0015]本申请的实施方式还提供一种碱性电解水制氢系统，包括：电堆、循环泵、氢气分离器和氧气分离器，所述氢气分离器和所述氧气分离器经由所述循环泵连接到所述电堆；以及前述的碱性电解水制氢系统的氧气除杂保护装置。
[0016]本申请的实施方式还提供一种碱性电解水制氢系统的氧气除杂保护方法，在所述碱性电解水制氢系统处于低负载工作模式时，将所述氧气存储设备所储存的氧气通过所述空气泵、所述第一截止阀通入所述氧气分离器，以降低所述氧气分离器中氧气内氢气杂质含量；在所述碱性电解水制氢系统处于高负载工作模式时，所述空气泵和所述第一截止阀关闭，所述保护装置不对所述氧气分离器进行除杂保护工作。
[0017]在至少一个可能的实施方式中，所述的碱性电解水制氢系统的氧气除杂保护方法，在所述碱性电解水制氢系统处于低负载工作模式时，向所述氧气分离器通入氧气的速率是额定运行时的氧气流量，或者在所述碱性电解水制氢系统处于低负载工作模式时，向所述氧气分离器通入氧气的速率是根据所述碱性电解水制氢系统的电堆负载计算的优化通氧量。
[0018]本申请的实施方式还包括一种碱性电解水制氢系统的氧气除杂保护方法，使用所述的碱性电解水制氢系统的氧气除杂保护装置，其中，在所述碱性电解水制氢系统处于低负载工作模式时，将所述氧气存储设备所储存的氧气通过所述空气泵、所述第一截止阀通
入所述氧气分离器，以降低所述氧气分离器中氧气内氢气杂质含量；在所述碱性电解水制氢系统处于高负载工作模式时，所述空气泵和所述第一截止阀关闭，所述保护装置不对所述氧气分离器进行除杂保护工作，由所述第一调节阀调节所述氧气分离器中的压力。
[0019]本申请的实施方式还包括一种碱性电解水制氢系统的氧气除杂保护方法，使用所述的碱性电解水制氢系统的氧气除杂保护装置，其中，在所述碱性电解水制氢系统处于低负载工作模式时，将所述氧气存储设备所储存的氧气通过所述空气泵、所述第一截止阀通入所述氧气分离器，以降低所述氧气分离器中氧气内氢气杂质含量，
[0020]在所述碱性电解水制氢系统处于高负载工作模式时，所述空气泵和所述第一截止阀关闭，所述保护装置不对所述氧气分离器进行除杂保护工作，所述氧气纯化设备间歇工作，如果所述氧气存储设备中氧气不足，则通过所述第一调节阀、所述第二截止阀从所述氧气分离器抽取一部分氧气除杂并存入所述氧气存储设备中备用。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种碱性电解水制氢系统的氧气除杂保护装置，其特征在于，所述保护装置用于连接所述碱性电解水制氢系统的氧气分离器(500)；所述保护装置包括氧气纯化设备(33、42)、氧气存储设备(34、44)、第一截止阀(23)和空气泵(24)；所述氧气纯化设备(33、42)连接到所述氧气分离器(500)，用于对来自所述氧气分离器(500)的粗氧进行纯化除杂，所述氧气纯化设备(33、42)还连接到所述氧气存储设备(34、44)，用于将得到的纯氧存入所述氧气存储设备(34、44)；所述氧气存储设备(34、44)通过所述空气泵(24)和所述第一截止阀(23)连接到所述氧气分离器(500)，用于在所述碱性电解水制氢系统处于低负载工作模式时将所储存的氧气通过所述空气泵(24)、所述第一截止阀(23)通入所述氧气分离器(500)，以降低所述氧气分离器(500)中氧气内氢气杂质含量。2.根据权利要求1所述的碱性电解水制氢系统的氧气除杂保护装置，其特征在于，还包括第一调节阀(21)、第二截止阀(31、32、41)和第三截止阀(36、37、43)，所述氧气纯化设备(33、42)通过所述第一调节阀(21)和所述第二截止阀(31、32、41)连接到所述氧气分离器(500)，所述氧气纯化设备(33、42)通过所述第三截止阀(36、37、43)连接到所述氧气存储设备(34、44)。3.根据权利要求2所述的碱性电解水制氢系统的氧气除杂保护装置，其特征在于，所述氧气纯化设备(33)有两套设备组，所述两套设备组经由各自的所述第二截止阀(31、32)和所述第三截止阀(36、37)并联接入所述氧气分离器(500)和所述氧气存储设备(34)之间，使得所述两套设备组能够交替进入纯化和再生阶段。4.根据权利要求3所述的碱性电解水制氢系统的氧气除杂保护装置，其特征在于，还包括连接到所述氧气存储设备(34)且用于调节所述氧气存储设备(34)中的压力的第二调节阀(35)。5.根据权利要求2所述的碱性电解水制氢系统的氧气除杂保护装置，其特征在于，所述氧气纯化设备(42)有仅一套设备组，所述保护装置还包括氧气排空流路，所述氧气排空流路经由所述第一调节阀(21)连接到所述氧气分离器(500)，所述氧气排空流路中包括第四截止阀(45)，用于将不流经所述氧气纯化设备(42)的氧气排放出去。6.一种碱性电解水制氢系统，其特征在于，包括：电堆(100)；循环泵(200)；氢气分离器(300)和氧气分离器(500)，所述氢气分离器(300)和所述氧气分离器(500)经由所述循环泵(200)连接到所述电堆(100)；以及根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：林今，沙廉栋，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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