一种多工位PEM电解水制氢测试系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种多工位PEM电解水制氢测试系统，它包括纯水调节单元、PEM电解水单元、氧气分离单元、氢气分离单元和控制单元；控制单元与纯水调节单元、PEM电解水单元、氧气分离单元、氢气分离单元中的各设备通信并控制其动作。所述测试系统设置循环水温度调节装置对循环水温进行在线调节，设置水质调节装置对循环水进行在线水质调节，设置循环水流量调节装置实现循环水水量的在线调节。本实用新型专利技术具备在线去离子、在线水温调节、在线水流流量调节的功能，同时能够对多工位的PEM电解槽制氢进行测试，提高了多工位PEM电解水制氢系统的安全性和测试效率。全性和测试效率。全性和测试效率。

【技术实现步骤摘要】
一种多工位PEM电解水制氢测试系统


[0001]本技术属于PEM电解水制氢
，具体涉及一种多工位PEM电解水制氢测试系统。

技术介绍

[0002]电解水制氢是在直流电的作用下，通过电化学过程将水分子分解为氢气和氧气，分别在阴、阳极析出。电解水制氢目前主要有三种技术路线，即碱性电解(AWE)，质子交换膜(PEM)电解以及固体氧化物(SOEC)三种技术路线。在这三种技术路线中，以PEM作为电解质的水电解器能在1～3A/cm2的高电流密度下工作，体积小、效率高，生成的氢气纯度可高达99.999％，被认为是最有前景的水电解技术，适合应用于电子、冶金、发电、燃料电池、仪器分析等行业，还可与燃料电池相结合构成再生式燃料电池，用于无人驾驶飞机、潜艇、空间站等场所。
[0003]目前在PEM电解水制氢领域，主要着重于PEM材料、电催化剂、膜电极方面的研究，关于PEM电解水制氢测试方面的研究较少，但是电解水制氢中的各种参数，如水的纯度、温度、流量等，对电解槽的运行效率、运行性能衰减等有着重要影响，因此有必要建立一套关于PEM电解水制氢的测试系统对各环节进行监控。
[0004]现有关于PEM电解水制氢的测试系统，多是对电解水制氢各环节的参数进行监控，并不具备在线调节水温、水流量的功能，也不能对电解水质进行在线调节，从而影响了电解制氢的速率。而且现有的测试系统多是对单台电解槽进行测试，但单台电解槽的产量有限，为了提高制氢产量，需要多台电解槽同时工作，因此有必要设计一种对多台电解槽同时进行测试的系统。但多台电解槽并联制氢，其工作的台数和负荷均是可变的，氢气气液分离器和氧气气液分离器的液位也在不断变化中，如何使二者液位保持平衡，避免氧气和氢气的混合，也是设计多台电解槽测试系统需要解决的一个问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请的目的在于提供一种多工位PEM电解水制氢测试系统，以解决现有PEM电解水制氢测试系统不具备多工位测试，在线去离子，在线温度、流量调节功能的问题。
[0006]为解决以上技术问题，本技术提供的技术方案是一种多工位PEM电解水制氢测试系统，它包括纯水调节单元、PEM电解水单元、氧气分离单元、氢气分离单元和控制单元。纯水调节单元为PEM电解水单元提供循环电解水，PEM电解水单元生成的水氧混合气体进入氧气分离单元处理，水氢混合气体进入氢气分离单元处理，控制单元与纯水调节单元、PEM电解水单元、氧气分离单元、氢气分离单元中的各设备通信并控制其动作。
[0007]所述纯水调节单元包括循环水温度调节装置、循环水流量调节装置和水质调节装置；具体的是，循环水温度调节装置包括温度传感器以及并联设置的电加热器和板式换热器，循环水流量调节装置包括质量流量计和流量传感器，水质调节装置包括离子交换器和
水质检测仪；所述纯水调节单元包括依次相互连接的纯水制备装置、循环水温度调节装置和给水循环泵，所述纯水制备装置与循环水温度调节装置的连接管路上设置有阀门和温度传感器，给水循环泵出口连接PEM电解水单元的进口，给水循环泵与PEM电解水单元的连接管路上设置有去离子回路、管道精密过滤器、水质检测仪、质量流量计、流量传感器、温度传感器和阀门，所述去离子回路和给水循环泵与PEM电解水单元的连接管路并联，所述去离子回路上设置有离子交换器和阀门。
[0008]所述PEM电解水单元包括n个并联设置的PEM电解槽，(n
‑
1)个PEM电解槽的进口管路上设置有阀门、质量流量计和流量传感器。
[0009]所述氧气分离单元设置在PEM电解水单元的氧侧出口，包括氧气气液分离器、氧气板式换热器、氧气凝液罐和氧气气液分离器液位平衡装置，每个PEM电解槽氧侧出口的出口管路上均设置有温度传感器、压力传感器和阀门，每个PEM电解槽氧侧出口的出口管路汇总至氧侧总管路与氧气气液分离器的进口连接，氧气气液分离器的气体出口连接氧气板式换热器，氧气板式换热器出口连接氧气凝液罐，氧气凝液罐出口与氧气气液分离器的液体进口连接，氧气气液分离器的液体出口和液体进口分别与纯水调节单元的管路连接；所述氧气气液分离器液位平衡装置包括设置在PEM电解槽氧侧出口的出口管路上的压力传感器和设置于氧气气液分离器中的液位传感器。
[0010]所述氢气分离单元设置在PEM电解水单元的氢侧出口，包括氢气气液分离器、氢气板式换热器、氢气凝液罐和氢气气液分离器液位平衡装置，每个PEM电解槽氢侧出口的出口管路上均设置有温度传感器、压力传感器和阀门，每个PEM电解槽氢侧出口的出口管路汇总至氢侧总管路与氢气气液分离器的进口连接，氢气气液分离器的气体出口连接氢气板式换热器，氢气板式换热器出口连接氢气凝液罐，氢气凝液罐出口与氢气气液分离器的液体出口连接，氢气气液分离器的液体出口与纯水调节单元的管路连接；所述氢气气液分离器液位平衡装置包括设置在PEM电解槽氢侧出口的出口管路上的压力传感器和设置于氢气气液分离器中的液位传感器。
[0011]所述控制单元分别与纯水调节单元、PEM电解水单元、氧气分离单元、氢气分离单元中的阀门、压力传感器、温度传感器、流量传感器、水温调节装置、水质检测仪、质量流量计通信并控制其动作。
[0012]本技术通过在纯水调节单元中设置循环水温度调节装置，控制单元通过温度传感器反馈的信息控制循环水温度调节装置调节测试系统的循环水温度，让测试系统的循环水温度始终处于试验温度，实现在线水温调节的功能。在一些具体实施方式中，循环水温度调节装置包括并联设置的电加热器和板式换热器，电加热器用于循环水的升温，板式换热器用于循环水的降温。
[0013]本技术在给水循环泵与PEM电解水单元的连接管路上设置有去离子回路、管道精密过滤器和水质检测仪，纯水经管道精密过滤器处理后，水质检测仪对其水质进行检测并将信号传送给控制单元，当检测到水质信号不满足预定标准时，控制单元控制去离子回路的阀门打开，纯水经去离子回路上的离子交换器处理后再进入管道精密过滤器处理，直至水质检测信号达到预定标准后再关闭去离子回路，从而实现了测试系统对电解纯水在线去离子的操作。在一些具体实施方式中，水质检测仪选用电阻率探测器，测试系统的在线去离子功能由离子交换器与电阻率探测器联合实现，当检测到循环水电阻率过低时，控制
单元将会打开在线去离子回路直至电解水电阻率符合试验要求。
[0014]本技术在线水流量调节的实现采用多流量计、控制阀门连锁控制的方法，在PEM电解水单元的总进水管路上设置有质量流量计，在每个PEM电解槽的进口管路上也设置质量流量计，控制单元根据流量传感器传输的数据信号控制每个管路上阀门的开度，从而控制每个工位的供水量处于试验水量。
[0015]本技术在每个PEM电解槽氧侧出口的出口管路上和氢侧出口的出口管路上均设置有压力传感器，在氧气气液分离器和氢气气液分离器中设置有液位传感器，传感器将压力信号和液位信号传送给控制单元，控制单元根据压力信号和液位信号调节氧气气液分离器的液位与氢气气液分离器的液位保持平衡本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多工位PEM电解水制氢测试系统，其特征在于：包括纯水调节单元、PEM电解水单元、氧气分离单元、氢气分离单元和控制单元；所述纯水调节单元包括循环水温度调节装置、循环水流量调节装置和水质调节装置；所述PEM电解水单元包括n个并联设置的PEM电解槽，(n
‑
1)个PEM电解槽的进口管路上设置有循环水流量调节装置，n为大于1的整数；所述氧气分离单元包括氧气气液分离器和气液分离器液位平衡装置；所述氢气分离单元包括氢气气液分离器和气液分离器液位平衡装置；所述控制单元分别与纯水调节单元、PEM电解水单元、氧气分离单元、氢气分离单元通信。2.根据权利要求1所述的一种多工位PEM电解水制氢测试系统，其特征在于：所述循环水温度调节装置包括温度传感器以及并联设置的电加热器和板式换热器。3.根据权利要求1所述的一种多工位PEM电解水制氢测试系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗一博，张学友，赵奎，唐超，赵上马，唐一鑫，
申请(专利权)人：厚普清洁能源集团股份有限公司，
类型：新型
国别省市：