一种质子交换膜电解水制氢系统技术方案

本发明专利技术提供的一种质子交换膜电解水制氢系统，包括：PEM电解槽、氢分离器、氧分离器、压力控制装置、差压控制装置及温度控制装置，其中，压力控制装置用于监测氢分离器内部压力及氧分离器内部压力，并根据氢分离器内部压力等级及氧分离器内部压力等级进行分级控制；差压控制装置用于根据预设控制策略调整氢分离器及氧分离器的运行模式；温度控制装置用于监测质子交换膜电解水制氢系统温度，并根据温度等级进行分级控制。根据输入源的变化幅度来自动调整系统内部的压力、温度值，以适应制氢系统阶跃功率输入、工况快速变化等情况。工况快速变化等情况。工况快速变化等情况。

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜电解水制氢系统


[0001]本专利技术涉及水电解制氢
，具体涉及一种质子交换膜电解水制氢系统。

技术介绍

[0002]质子交换膜电解水(PEM)制氢系统可以较好的应对风电/光伏等波动功率的输入，具有响应速度快、调节范围宽、启停迅速、体积小等优点，但仍然面临宽功率变工况输入下的压力/温度调节难题，功率阶跃性输入时，系统面临较大的压力与温度波动，从而对系统性能与寿命产生影响。

技术实现思路

[0003]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中质子交换膜水电解制氢系统面临宽功率变工况输入下的压力/温度调节难题的缺陷，从而提供一种质子交换膜电解水制氢系统。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]本专利技术实施例提供一种质子交换膜电解水制氢系统，包括：PEM电解槽、氢分离器、氧分离器、压力控制装置、差压控制装置及温度控制装置，其中，
[0006]所述PEM电解槽电解消耗水产生氢气和氧气，所述氢气进入所述氢分离器中进行氢气与水的分离，所述氧气进入所述氧分离器中进行氧气与水的分离，之后所述氢气及所述氧气向外部排出；
[0007]所述压力控制装置用于监测所述氢分离器内部压力及所述氧分离器内部压力，并根据所述氢分离器内部压力等级及所述氧分离器内部压力等级进行分级控制；
[0008]所述差压控制装置用于根据预设控制策略调整所述氢分离器及所述氧分离器的运行模式；
[0009]所述温度控制装置用于监测所述质子交换膜电解水制氢系统温度，并根据温度等级进行分级控制。
[0010]可选地，所述压力控制装置，包括：氢背压阀、氧背压阀、第一液位检测仪、第二液位检测仪、第二开关阀、第三开关阀及高压缓冲水罐，其中，
[0011]所述氢背压阀安装在所述氢分离器排气管路上，所述氧背压阀安装在所述氧分离器排气管路上，所述第一液位检测仪安装在所述氢分离器上，所述第二液位检测仪安装在所述氧分离器上，所述第二开关阀安装在所述氢分离器排水管路上，所述氢分离器排水管路末端接至所述高压缓冲水罐，所述第三开关阀安装在所述氧分离器排水管路上，所述氧分离器排水管路末端接至所述高压缓冲水罐；
[0012]所述第一液位检测仪用于通过监测所述氢分离器液位，分析得到所述氢分离器内部压力；
[0013]所述第二液位检测仪用于通过监测所述氧分离器液位，分析得到所述氧分离器内部压力；
[0014]当所述氢分离器内部压力大于第一压力阈值且小于第二压力阈值时，开启所述氢背压阀，将分离后的氢气排出，所述第二压力阈值大于所述第一压力阈值；
[0015]当所述氢分离器内部压力不小于所述第二压力阈值时，开启所述氢背压阀及所述第二开关阀，将分离后的氢气以及水排出；
[0016]当所述氧分离器内部压力大于第三压力阈值且小于第四压力阈值时，开启所述氧背压阀，将分离后的氧气排出，所述第四压力阈值大于所述第三压力阈值；
[0017]当所述氧分离器内部压力不小于所述第四压力阈值时，开启所述氧背压阀及所述第三开关阀，将分离后的氧气以及水排出。
[0018]可选地，所述压力控制装置，还包括：第四开关阀及常压水箱，其中，
[0019]所述第四开关阀安装在所述高压缓冲水罐排水管路上，所述高压缓冲水罐排水管路末端接至所述常压水箱；
[0020]当所述高压缓冲水罐液位大于第一液位阈值时，关闭所述第二开关阀及所述第三开关阀，开启所述第四开关阀，将所述高压缓冲水罐中的水排至所述常压水箱。
[0021]可选地，所述差压控制装置，包括：第一开关阀，所述第一开关阀安装在所述氢分离器与所述氧分离器的连通回路中；
[0022]当预设控制策略为均压式时，开启所述第一开关阀，通过控制所述氢分离器与所述氧分离器两侧的液位差来调节所述氢分离器及所述氧分离器的压力差；
[0023]当预设控制策略为差压式时，关闭所述第一开关阀，通过所述氢背压阀或\和所述氧背压阀各自进行单侧压力调节。
[0024]可选地，所述温度控制装置，包括：第一温度检测仪、第二温度监测仪、氢水泵及氧水泵，其中，
[0025]所述第一温度检测仪及所述氢水泵均安装在PEM电解槽
‑
氢分离器水循环回路上，所述第二温度检测仪及所述氧水泵均安装在PEM电解槽
‑
氧分离器水循环回路上；
[0026]所述第一温度检测仪用于检测所述质子交换膜电解水制氢系统制氢侧温度；
[0027]所述第二温度检测仪用于检测所述质子交换膜电解水制氢系统制氧侧温度；
[0028]当所述制氢侧温度大于第一温度阈值且小于第二温度阈值时，增大所述氢水泵运行功率，利用所述氢水泵循环冷却所述质子交换膜电解水制氢系统制氢侧，所述第二温度阈值大于所述第一温度阈值；
[0029]当所述制氧侧温度大于第三温度阈值且小于第四温度阈值时，增大所述氧水泵运行功率，利用所述氧水泵循环冷却所述质子交换膜电解水制氢系统制氧侧，所述第四温度阈值大于所述第三温度阈值。
[0030]可选地，所述温度控制装置，还包括：氢冷却水泵、氢冷却器、氧冷却水泵、氧冷却器、氢冷却比例阀及氧冷却比例阀，其中，
[0031]所述氢冷却器安装在PEM电解槽
‑
氢分离器水循环回路上，所述氢冷却水泵通过所述氢冷却比例阀调节向所述氢冷却器提供的冷却水量，所述氧冷却器安装在PEM电解槽
‑
氧分离器水循环回路上，所述氧冷却器通过所述氧冷却比例阀调节向所述氧冷却器提供的冷却水量；
[0032]当所述制氢侧温度不小于所述第二温度阈值但小于第五温度阈值时，启动所述氢冷却水泵，同时将所述氢冷却比例阀设为第一预设开度，所述第五温度阈值大于所述第二
温度阈值；
[0033]当所述制氧侧温度不小于所述第四温度阈值但小于第六温度阈值时，启动所述氧冷却水泵，同时将所述氧冷却比例阀设为第二预设开度，所述第六温度阈值大于所述第四温度阈值；
[0034]当所述制氢侧温度不小于第五温度阈值时，将所述氢冷却比例阀设为第三预设开度，所述第三预设开度大于所述第一预设开度；
[0035]当所述制氧侧温度不小于第六温度阈值时，将所述氧冷却比例阀设为第四预设开度，所述第四预设开度大于所述第二预设开度。
[0036]可选地，所述温度控制装置，还包括：氢加热器及氧加热器，其中，
[0037]所述氢加热器安装在PEM电解槽
‑
氢分离器水循环回路上，所述氧加热器安装在PEM电解槽
‑
氧分离器水循环回路上；
[0038]当所述制氢侧温度不大于所述第一温度阈值时，启动所述氢加热器；
[0039]当所述制氧侧温度不大于所述第三温度阈值时，启动所述氧加热器。
[0040]可选地，质子交换膜电解水制氢系统，还包括：温差控制装置，所述温差控制装置用于监测所述质子交换膜电解水制氢系统温度制氧侧与制氧侧间的温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜电解水制氢系统，其特征在于，包括：PEM电解槽、氢分离器、氧分离器、压力控制装置、差压控制装置及温度控制装置，其中，所述PEM电解槽电解消耗水产生氢气和氧气，所述氢气进入所述氢分离器中进行氢气与水的分离，所述氧气进入所述氧分离器中进行氧气与水的分离，之后所述氢气及所述氧气向外部排出；所述压力控制装置用于监测所述氢分离器内部压力及所述氧分离器内部压力，并根据所述氢分离器内部压力等级及所述氧分离器内部压力等级进行分级控制；所述差压控制装置用于根据预设控制策略调整所述氢分离器及所述氧分离器的运行模式；所述温度控制装置用于监测所述质子交换膜电解水制氢系统温度，并根据温度等级进行分级控制。2.根据权利要求1所述的质子交换膜电解水制氢系统，其特征在于，所述压力控制装置，包括：氢背压阀、氧背压阀、第一液位检测仪、第二液位检测仪、第二开关阀、第三开关阀及高压缓冲水罐，其中，所述氢背压阀安装在所述氢分离器排气管路上，所述氧背压阀安装在所述氧分离器排气管路上，所述第一液位检测仪安装在所述氢分离器上，所述第二液位检测仪安装在所述氧分离器上，所述第二开关阀安装在所述氢分离器排水管路上，所述氢分离器排水管路末端接至所述高压缓冲水罐，所述第三开关阀安装在所述氧分离器排水管路上，所述氧分离器排水管路末端接至所述高压缓冲水罐；所述第一液位检测仪用于通过监测所述氢分离器液位，分析得到所述氢分离器内部压力；所述第二液位检测仪用于通过监测所述氧分离器液位，分析得到所述氧分离器内部压力；当所述氢分离器内部压力大于第一压力阈值且小于第二压力阈值时，开启所述氢背压阀，将分离后的氢气排出，所述第二压力阈值大于所述第一压力阈值；当所述氢分离器内部压力不小于所述第二压力阈值时，开启所述氢背压阀及所述第二开关阀，将分离后的氢气以及水排出；当所述氧分离器内部压力大于第三压力阈值且小于第四压力阈值时，开启所述氧背压阀，将分离后的氧气排出，所述第四压力阈值大于所述第三压力阈值；当所述氧分离器内部压力不小于所述第四压力阈值时，开启所述氧背压阀及所述第三开关阀，将分离后的氧气以及水排出。3.根据权利要求2所述的质子交换膜电解水制氢系统，其特征在于，所述压力控制装置，还包括：第四开关阀及常压水箱，其中，所述第四开关阀安装在所述高压缓冲水罐排水管路上，所述高压缓冲水罐排水管路末端接至所述常压水箱；当所述高压缓冲水罐液位大于第一液位阈值时，关闭所述第二开关阀及所述第三开关阀，开启所述第四开关阀，将所述高压缓冲水罐中的水排至所述常压水箱。4.根据权利要求2所述的质子交换膜电解水制氢系统，其特征在于，所述差压控制装置，包括：第一开关阀，所述第一开关阀安装在所述氢分离器与所述氧分离器的连通回路
中；当预设控制策略为均压式时，开启所述第一开关阀，通过控制所述氢分离器与所述氧分离器两侧的液位差来调节所述氢分离器及所述氧分离器的压力差；当预设控制策略为差压式时，关闭所述第一开关阀，通过所述氢背压阀或\和所述氧背压阀各...

【专利技术属性】
技术研发人员：高博，周旻，刘维亮，张冲标，陈金威，单福州，张羲，李根蒂，梁丹曦，彭笑东，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司嘉善恒兴电力建设有限公司国网智能电网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：