[发明专利]具有蓄热装置的制氢系统和制氢系统的控制方法

说明书

本发明提出一种具有蓄热装置的制氢系统和制氢系统的控制方法，制氢系统包括储液罐、电解槽、换热器和蓄热装置。储液罐与电解槽相连以便向电解槽提供电解液。储液罐、换热器的第一侧和电解槽连通组成制氢回路，且换热器位于电解槽的上游，蓄热装置与换热器的第二侧连通，蓄热装置具有蓄热状态和第一放热状态。蓄热装置在制氢系统启动阶段对电解液进行预热，转“冷启动”为“热启动”，缩短了启动时间，提升了制氢速度和效率，节能降耗，降低运行成本，还能够对制氢系统正常运行时散发的大量无效废热进行有效储存，并实现低品质热能的回收利用。

技术领域

本申请涉及电解水制氢技术领域，具体涉及一种具有蓄热装置的制氢系统和制氢系统的控制方法。

背景技术

目前，常用的电解水制氢方式有碱性电解水制氢、质子交换膜电解水制氢和固体氧化物电解水制氢。碱性电解水制氢技术相对简单，成本较低，但存在制氢效率低，氢气纯度低等问题，且电解质为碱性物质，整体存在安全隐患。固体氧化物电解水制氢需要较高温度才可进行电解，能耗较高，热能损失较大。质子交换膜电解水制氢技术因其高电流密度、高产氢量、效率高、系统安全等优点而成为最常用的制取氢气的技术路线。但是实际工程应用中，质子交换膜电解水制氢系统存在以下技术难题：第一，系统冷启动时冷水直接进入电解槽，依赖直流电将电解液加热，不仅反应速率慢，催化活性和制氢效率低，而且启动时间长，较难维持电解槽的恒温状态；第二，电解将产生大量需要疏散的废热，而这些废热无法有效回收利用，若不及时疏散废热，将产生膜电极过热、催化剂脱落、电极性能衰减等严重问题，而目前的热量疏散往往通过冷却塔或冷水机组设备实现，未进行废热回收，不符合节能降耗的要求。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种具有蓄热装置的制氢系统，本发明的实施例还提出一种制氢系统的控制方法。

本发明实施例提供的具有蓄热装置的制氢系统包括储液罐，所述储液罐用于储存电解液；电解槽，所述储液罐与所述电解槽相连以便向所述电解槽提供电解液；换热器，所述储液罐、所述换热器的第一侧和所述电解槽连通组成制氢回路，且所述换热器位于所述电解槽的上游；蓄热装置，所述蓄热装置与所述换热器的第二侧连通，所述蓄热装置具有蓄热状态和第一放热状态，在所述蓄热状态，热量从所述换热器的第一侧向第二侧传递从而储存在所述蓄热装置内，在所述第一放热状态，所述蓄热装置放热，热量从所述换热器的第二侧向第一侧传递以便加热进入所述电解槽的电解液。

本发明提供的制氢系统具有蓄热装置，蓄热装置能够在制氢系统启动阶段对电解液进行预热，转“冷启动”为“热启动”，缩短了启动时间，提升了制氢速度和效率，节能降耗，降低运行成本，还能够对制氢系统正常运行时散发的大量无效废热进行有效储存，并实现低品质热能的回收利用。

在一些实施例中，制氢系统还包括冷却装置，所述冷却装置与所述蓄热装置的出水口相连，以便释放蓄热状态下的多余热量。

在一些实施例中，所述蓄热装置与所述换热器的第二侧通过第一换热回路连通，其中，

所述冷却装置连接在所述第一换热回路中，在所述蓄热状态，所述冷却装置开启，在所述第一放热状态，所述冷却装置关闭；

或者，所述蓄热装置、所述换热器的第二侧和所述冷却装置通过冷却回路连通，在所述蓄热状态，所述冷却回路开启且所述第一换热回路断开，在所述第一放热状态，所述第一换热回路开启且所述冷却回路断开。

在一些实施例中，所述蓄热装置为梯级蓄热装置，所述梯级蓄热装置包括多个蓄热区和贯穿每个所述蓄热区的热水管，所述蓄热区之间的蓄热温度不同，在所述蓄热状态，高温换热介质通过所述热水管将热量储存在每个所述蓄热区内，在所述第一放热状态，其中一个蓄热区放热以加热所述换热器的第一侧的电解液，

所述制氢系统还包括至少一个第二换热回路，所述第二换热回路与其余所述蓄热区一一对应，所述梯级蓄热装置还具有第二放热状态，在所述第二放热状态，所述蓄热区放热以加热对应的第二换热回路中的换热介质。