[发明专利]差压式纯水电解制氢系统

说明书

本发明公开了一种差压式纯水电解制氢系统，包括：电解槽，具有第一端压板、第二端压板和进水口、氢气出气口、氧气出气口及排污口；供水组件，包括原料水箱、第一供水管和第二供水管；氢组件，包括氢分离冷却器、氢气放空管组、氢气用气管和压力传感器，液位传感器，氢气纯度分析仪；氧组件，包括氧换热器、氧冷却器、氧气放空管组、氧气纯度分析仪；冷却水管组，包括冷却水进水管和冷却水出水管，冷却水能进入氧换热器、氧冷却器和氢分离冷却器中换热；控制单元，分别与压力传感器、液位传感器、氢气纯度分析仪、氧气纯度分析仪、出水温度传感器、及设置在氢气放空管组、氢气用气管、回水管路、冷却水管组中的多个电磁阀电连接。

技术领域

本发明涉及水电解制氢设备技术领域，尤其涉及一种差压式纯水电解制氢系统。

背景技术

纯水电解技术是以纯水为原料，以质子交换膜为电解质的清洁制氢技术，具有电解效率高、设备体积小、环境友好等特点，目前已在传统工业制氢、可再生能源制氢等领域得到应用。纯水电解制氢的反应原理为：原料水通入阳极，部分水在阳极分解为氧气和质子，生成的氧气与剩余的水一起流出阳极；生成的质子以水合质子的形式穿过质子交换膜到达阴极，并在阴极反应生成氢气，因此阴极在生成氢气的同时还会积存大量的水，生成的氢气与水一起流出阴极。纯水电解制氢的电解反应方程式为：

阳极：2H₂O-4e^-→O₂+4H⁺；阴极：2H⁺+2e^-→H₂。

基于以上反应原理，目前纯水电解制氢设备普遍采用与传统碱性水电解制氢设备相同的结构，即电解槽反应产生的氢/氧气分别进入氢/氧换热器，再进入氢/氧分离器，在分离器内经气液分离后，氧气进入氧气放空管路，氢气进入氢气干燥塔，干燥后的氢气作为产品气外输，在氢/氧分离器分离出的水返回电解槽循环使用。该流程单元设备多，工艺流程复杂，且氢/氧气需保持等压，控制逻辑也较复杂，一旦氢/氧气压力差过大，会导致氢/氧气体的纯度发生较大波动，影响制氢设备的安全运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种差压式纯水电解制氢系统，用以解决现有技术制氢系统中设备多、流程复杂及安全性低等难题。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供了一种差压式纯水电解制氢系统，包括：电解槽，具有第一端压板、第二端压板、和设置在所述第一端压板或所述第二端压板上的进水口、氢气出气口、氧气出气口及排污口；供水组件，包括原料水箱、用于能向所述原料水箱输入原料水的第一供水管、和能连通所述原料水箱和所述进水口的第二供水管；氢组件，包括与所述氢气出气口连通的氢分离冷却器、能并联接入所述氢分离冷却器的氢气放空管组和氢气用气管、和用于检测氢气压力的压力传感器，所述氢分离冷却器上设置有液位传感器，所述氢气放空管组中设置有氢气纯度分析仪；氧组件，包括分别与所述氧气出气口和所述原料水箱连通的氧换热器、与所述原料水箱通过氧气冷却管组连通的氧冷却器、和接入所述氧冷却器的氧气放空管组，所述氧冷却器和所述氢分离冷却器能通过回水管路相连通，所述氧气放空管组中设置有氧气纯度分析仪；冷却水管组，包括冷却水进水管和冷却水出水管，冷却水能通过所述冷却水进水管并联进入所述氧换热器、所述氧冷却器和所述氢分离冷却器中进行换热后从所述冷却水出水管流出；控制单元，分别与所述压力传感器、所述液位传感器、所述氢气纯度分析仪、所述氧气纯度分析仪、设置在所述氧气出气口处的出水温度传感器、及设置在所述氢气放空管组、所述氢气用气管、所述回水管路、所述冷却水管组中的多个电磁阀电连接；在工作状态下，原料水能从外部流经所述原料水箱后进入所述电解槽电解为氢气和氧气，氢气从所述氢气出气口流入所述氢组件，氧气从所述氧气出气口依次流入所述氧组件，所述控制单元能接收所述压力传感器、所述液位传感器、所述氢气纯度分析仪、所述氧气纯度分析仪和所述出水温度传感器生成的电信号并根据所述电信号控制所述多个电磁阀的工作状态。

优选的，其中，所述第一供水管中设置有原料水进水止回阀和原料水进水阀。