固体氧化物电解制氢系统及固体氧化物电解制氢控制方法技术方案

本发明专利技术公开了固体氧化物电解制氢系统及固体氧化物电解制氢控制方法，该固体氧化物电解制氢系统，一级固体氧化物电解电堆的第一阳极入口端与空气供应组件连通，第一阴极入口端与水蒸气供应组件连通；二级固体氧化物电解电堆的第二阳极入口端与空气供应组件连通；第一氢气分离器的第一输入口与一级固体氧化物电解电堆的第一阴极出口端连通，混合气输出口与第二阴极入口端连通；第二氢气分离器的第二输入口与二级固体氧化物电解电堆的第二阴极出口端连通，第一氢气输出口和第二氢气输出口均与氢气收集组件连通。提升了固体氧化物电解制氢系统的经济性，提升了固体氧化物电解制氢系统的可靠性和制氢效率。统的可靠性和制氢效率。统的可靠性和制氢效率。

【技术实现步骤摘要】
固体氧化物电解制氢系统及固体氧化物电解制氢控制方法


[0001]本专利技术涉及新能源
，尤其涉及固体氧化物电解制氢系统及固体氧化物电解制氢控制方法。

技术介绍

[0003]现有技术中，常见的电解水制氢技术包括碱性水电解制氢、质子交换膜电解制氢及固体氧化物电解池(Solid oxide electrolysis cell，SOEC)电解制氢等。其中，固体氧化物电解池作为常见的电解水制氢技术之一，其在进行电解时，需要在电堆的阴极入口端通入水蒸气，水蒸气在电场电解的作用下从阴极入口端逐步被转化为氢气，但随着电解反应的不断进行，水蒸气占到水蒸气和氢气混合物的比例逐步降低，即水蒸气的量逐渐变小，氢气的产量不断变大，使得阴极出口端的氢气占比逐渐变大。对于设有多个固体氧化物电解池的固体氧化物电解制氢系统而言，在电堆电解过程中，阴极侧的氢气含量过高会影响电堆的电解功率，导致电堆的电解功率变低，而电堆的电解功率过低则会增加固体氧化物电解制氢系统的初始投资成本，降低了固体氧化物电解制氢系统的经济性；其次，电堆的入口端和出口端的氢气浓度不均匀也会导致电堆的入口端和出口端的电流密度分布不均匀，在高温条件下电堆内部电流密度不均匀会导致电堆内部应力集中，容易导致电堆破损失效，从而降低了固体氧化物电解制氢系统的可靠性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供固体氧化物电解制氢系统及固体氧化物电解制氢控制方法，以解决现有技术中对于设有多个固体氧化物电解池的固体氧化物电解制氢系统而言，阴极侧的氢气含量过高会影响电堆的电解功率，导致固体氧化物电解制氢系统的经济性和可靠性较低的问题。
[0005]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]固体氧化物电解制氢系统，其包括：
[0007]一级固体氧化物电解电堆，所述一级固体氧化物电解电堆的第一阳极入口端与空气供应组件连通，所述一级固体氧化物电解电堆的第一阴极入口端与水蒸气供应组件连通；
[0008]二级固体氧化物电解电堆，所述二级固体氧化物电解电堆的第二阳极入口端与所述空气供应组件连通；
[0009]第一氢气分离器，所述第一氢气分离器设有第一输入口、混合气输出口和第一氢气输出口，所述第一输入口与所述一级固体氧化物电解电堆的第一阴极出口端连通，所述混合气输出口与所述二级固体氧化物电解电堆的第二阴极入口端连通；
[0010]第二氢气分离器，所述第二氢气分离器设有第二输入口和第二氢气输出口，所述第二输入口与所述二级固体氧化物电解电堆的第二阴极出口端连通，所述第一氢气输出口和所述第二氢气输出口均与氢气收集组件连通。
[0011]作为优选，所述固体氧化物电解制氢系统还包括引射器和第一管路，所述引射器设置于所述水蒸气供应组件与所述第一阴极入口端连通的管路上，所述第二阴极出口端还与所述第一管路的一端连通，所述第一管路的另一端与所述引射器连通。
[0012]作为优选，所述固体氧化物电解制氢系统还包括第一混合器，所述第一氢气输出口和所述第二氢气输出口均与所述第一混合器的入口端连通，所述第一混合器的出口端与所述氢气收集组件连通。
[0013]作为优选，所述固体氧化物电解制氢系统还包括第三混合器，所述第一氢气输出口和所述第二阴极出口端均与所述第三混合器的入口端连通，所述第三混合器的出口端与所述第二氢气分离器的第二输入口连通。
[0014]作为优选，所述固体氧化物电解制氢系统还包括调温组件，所述调温组件包括水蒸气调温组件和空气调温组件，所述水蒸气调温组件能够调节输送至所述第一阴极入口端的流体的温度，所述空气调温组件能够调节输送至所述第一阳极入口端和所述第二阳极入口端的流体的温度。
[0015]作为优选，所述水蒸气调温组件包括第一换热器，所述第一换热器设有相连通的第一水蒸气换热输入口和第一水蒸气换热输出口，以及相连通的第一混合气换热输入口和第一混合气换热输出口，所述第一混合器的出口端与所述第一混合气换热输入口连通，所述第一混合气换热输出口与所述氢气收集组件连通，所述水蒸气供应组件与所述第一水蒸气换热输入口连通，所述第一水蒸气换热输出口与所述引射器连通。
[0016]作为优选，所述固体氧化物电解制氢系统还包括第二混合器，所述固体氧化物电解制氢系统还包括氧气收集组件，所述一级固体氧化物电解电堆的第一阳极出口端和所述二级固体氧化物电解电堆的第二阳极出口端均与所述第二混合器的入口端连通，所述第二混合器的出口端与所述氧气收集组件连通。
[0017]作为优选，所述空气调温组件包括第二换热器和第一加热器，所述第二换热器设有相连通的第一空气换热输入口和第一空气换热输出口，以及相连通的第二混合气换热输入口和第二混合气换热输出口，所述第一空气换热输入口与所述空气供应组件连通，所述第一空气换热输出口和所述第一加热器连通，所述第一加热器的出口端与所述第一阳极入口端和所述第二阳极入口端连通，所述第二混合器的出口端与所述第二混合气换热输入口连通，所述第二混合气换热输出口能与所述氧气收集组件连通。
[0018]作为优选，所述水蒸气调温组件还包括第四换热器，所述第四换热器能够调节由所述水蒸气供应组件输送至所述第一换热器的流体的温度，还能够调节由所述第二混合器的出口端输送至所述氧气收集组件的流体。
[0019]作为优选，所述空气调温组件还包括第三换热器，所述第三换热器能够调节由所述第一换热器输送至所述氢气收集组件的流体的温度，还能够调节由所述空气供应组件输入至所述第一阳极入口端和所述第二阳极入口端的流体的温度。
[0020]作为优选，所述水蒸气供应组件包括水箱、第一流量控制阀、第一水过滤器和水泵，所述水箱中的水经过所述第一流量控制阀、所述第一水过滤器和所述水泵并与所述第一阴极入口端连通；
[0021]所述水蒸气供应组件还包括第二加热器，所述第二加热器设置于所述引射器与所述第一阴极入口端连通的管路上。
[0022]作为优选，所述水蒸气供应组件还包括去离子器，所述去离子器设置于所述水泵的输出端。
[0023]作为优选，所述一级固体氧化物电解电堆的数量为多个，多个所述一级固体氧化物电解电堆并联设置。
[0024]作为优选，所述二级固体氧化物电解电堆的数量为多个，多个所述二级固体氧化物电解电堆并联设置；或，所述二级固体氧化物电解电堆还依次串联有至少一个三级固体氧化物电解电堆，所述二级固体氧化物电解电堆与和其相邻的所述三级固体氧化物电解电堆之间设置有所述第二氢气分离器，且任意相邻两个所述三级固体氧化物电解电堆之间均设有第三氢气分离器。
[0025]固体氧化物电解制氢控制方法，其用于控制上述的固体氧化物电解制氢系统，所述固体氧化物电解制氢控制方法包括：
[0026]通过调控所述第一氢气分离器的所述混合气输出口的氢气输出量控制进入所述二级固体氧化物电解电堆的氢气和水蒸气的比例。
[0027]作为优选，进入所述二级固体氧化物电解电堆的氢气占进入所述二级固体氧化物电解电堆的氢气和水蒸气的总量的0.5％～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.固体氧化物电解制氢系统，其特征在于，包括：一级固体氧化物电解电堆(1)，所述一级固体氧化物电解电堆(1)的第一阳极入口端(101)与空气供应组件(3)连通，所述一级固体氧化物电解电堆(1)的第一阴极入口端(103)与水蒸气供应组件(4)连通；二级固体氧化物电解电堆(2)，所述二级固体氧化物电解电堆(2)的第二阳极入口端(21)与所述空气供应组件(3)连通；第一氢气分离器(5)，所述第一氢气分离器(5)设有第一输入口(51)、混合气输出口(52)和第一氢气输出口(53)，所述第一输入口(51)与所述一级固体氧化物电解电堆(1)的第一阴极出口端(104)连通，所述混合气输出口(52)与所述二级固体氧化物电解电堆(2)的第二阴极入口端(23)连通；第二氢气分离器(6)，所述第二氢气分离器(6)设有第二输入口(61)和第二氢气输出口(62)，所述第二输入口(61)与所述二级固体氧化物电解电堆(2)的第二阴极出口端(24)连通，所述第一氢气输出口(53)和所述第二氢气输出口(62)均与氢气收集组件(7)连通。2.根据权利要求1所述的固体氧化物电解制氢系统，其特征在于，所述固体氧化物电解制氢系统还包括引射器(91)和第一管路(92)，所述引射器(91)设置于所述水蒸气供应组件(4)与所述第一阴极入口端(103)连通的管路上，所述第二阴极出口端(24)还与所述第一管路(92)的一端连通，所述第一管路(92)的另一端与所述引射器(91)连通。3.根据权利要求2所述的固体氧化物电解制氢系统，其特征在于，所述固体氧化物电解制氢系统还包括第一混合器(10)，所述第一氢气输出口(53)和所述第二氢气输出口(62)均与所述第一混合器(10)的入口端连通，所述第一混合器(10)的出口端与所述氢气收集组件(7)连通。4.根据权利要求2所述的固体氧化物电解制氢系统，其特征在于，所述固体氧化物电解制氢系统还包括第三混合器(15)，所述第一氢气输出口(53)和所述第二阴极出口端(24)均与所述第三混合器(15)的入口端连通，所述第三混合器(15)的出口端与所述第二氢气分离器(6)的第二输入口(61)连通。5.根据权利要求3所述的固体氧化物电解制氢系统，其特征在于，所述固体氧化物电解制氢系统还包括调温组件，所述调温组件包括水蒸气调温组件(11)和空气调温组件(13)，所述水蒸气调温组件(11)能够调节输送至所述第一阴极入口端(103)的流体的温度，所述空气调温组件(13)能够调节输送至所述第一阳极入口端(101)和所述第二阳极入口端(21)的流体的温度。6.根据权利要求5所述的固体氧化物电解制氢系统，其特征在于，所述水蒸气调温组件(11)包括第一换热器(111)，所述第一换热器(111)设有相连通的第一水蒸气换热输入口和第一水蒸气换热输出口，以及相连通的第一混合气换热输入口和第一混合气换热输出口，所述第一混合器(10)的出口端与所述第一混合气换热输入口连通，所述第一混合气换热输出口与所述氢气收集组件(7)连通，所述水蒸气供应组件(4)与所述第一水蒸气换热输入口连通，所述第一水蒸气换热输出口与所述引射器(91)连通。7.根据权利要求6所述的固体氧化物电解制氢系统，其特征在于，所述固体氧化物电解制氢系统还包括第二混合器(12)，所述固体氧化物电解制氢系统还包括氧气收集组件(8)，所述一级固体氧化物电解电堆(1)的第一阳极出口端(102)和所述二级固体氧化物电解电
堆(2)的第二阳极出口端(22)均与所述第二混合器(12)的入口端连通，所述第二混合器(12)的出口端与所述氧气收集组件(8)连通。8...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈雪松，宋维龙，王洋，王晓阳，贺静芝，
申请(专利权)人：山东国创燃料电池技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：