本实用新型专利技术涉及一种大型碱性电解水制氢装置的综合热管理系统，包括碱性电解水制氢装置和热管理装置，碱性电解水制氢装置包括电解槽和气液分离器，气液分离器的碱液输出端通过碱液循环回路连接电解槽，热管理装置包括热管理综合换热器、气液分离换热器和碱液循环换热器，气液分离换热器设置在电解槽和气液分离器之间，碱液循环换热器设置在碱液循环回路中，气液分离换热器和热管理综合换热器的换热介质进出口连通形成用于冷却电解槽输出的气液混合状态碱液的第一换热回路，碱液循环换热器和热管理综合换热器的换热介质进出口连通形成用于加热输入至电解槽中的碱液的第二换热回路。与现有技术相比，本实用新型专利技术能实现热能的有效综合利用、适应性好。适应性好。适应性好。
【技术实现步骤摘要】
一种大型碱性电解水制氢装置的综合热管理系统
[0001]本技术涉及碱性电解水制氢
，尤其是涉及一种大型碱性电解水制氢装置的综合热管理系统。
技术介绍
[0002]在当今世界能源格局深度调整、全球应对气候变化行动加速、资源环境约束不断加强的复杂背景下，氢能已经被认为是世界能源与动力转型的重大战略方向之一，备受世界各国关注。加快发展氢能产业，贯彻五位一体战略布局，是我国应对全球气候变化、践行长江经济带发展战略、保障国家能源供应安全和实现可持续发展的战略选择。氢气的来源是目前氢能发展的重要议题，氢气目前仍作为工业用原料气体，在化工业有着丰富的应用，从来源来说，主要有三种成熟的技术路线；一是化石能源重整制氢；二是工业副产氢气；三是电解水制氢。化石能源重整制氢原料主要为煤炭，成本低廉、技术成熟，但无法消除的二氧化碳排放和化石能源的使用限制了该技术的大规模绿色氢气制取。工业副产氢气主要来源于焦炭、氯碱、合成氨、丙烷脱氢等行业，能为氢能产业初期发展就近提供低成本氢源。电解水制氢绿色环保、生产灵活、纯度高，若配合可再生能源发电、弃电大规模利用，成本可以显著下降，具有极高的商业化潜力，是最有前景的氢能源制取方法。电解水制氢中，目前最为成熟的技术路线是碱性电解水技术。
[0003]经过对现有技术的文献检索发现，目前的大型电解水系统的研究多集中在电解水设备的开发和优化，以实现电解水设备的集成、降低成本、产品气体的纯化等目的。中国专利文献CN104911626B：一种高压力水电解制氢电解槽公开了一种包括正极端板和负极端板的高压力水电解制氢电解水制氢设备，改装置结构简单、安装方便，使用三元乙丙橡胶垫极大地降低了橡胶垫成本，还能够反复使用，高压状态下不仅可以直接输送高压氢气、氧气，减少气体加压环节，进一步降低了成本。中国专利文献CN1920100A：连续纯化水电解氢气的方法公开了一种利用3干燥塔，周期性连续干燥的连续纯化电解水制氢方法，不仅可以连续获得高纯度产品氢气，还能实现氢气的不浪费，可提高经济效益。中国专利文献CN201326018Y：压力型水电解槽公开了一种工作压力较高的水电解槽，该电解槽由压力槽与重复的电解单元构成，主要的优点在于电解产生的气体压力高，因此能够达到更低的工作电压，从而实现更高的电解效率。中国专利文献CN105483747A：一种电解水制氢气的方法及装置公开了一种采用双极膜将电解池分割为阴阳极区域的电解水制氢装置，该装置能够使酸性环境的析氢反应和碱性条件的析氧反应同步进行，从而降低电解电压，减小能耗提高电解水制氢的效率。中国专利文献CN109055964A：一种改进型电解水制氢设备用辅热装置公开的一种改进型电解水制氢设备用辅热装置把连接块送入制氢设备主体内部时，根据温控器的设定工作温度，能够接通电热管对反应的液体进行辅热，用以提高氢气生产效率。
[0004]现有的相关研究中虽然提到了通过对碱性电解水制氢设备系统内部的设计来提高碱性电解水制氢的效率，在温度控制方面也考虑到通过辅助加热碱液进提高氢气生产效率，但对电解制氢系统的热管理方面还有很多不足。不仅没有考虑电解制氢废热的综合利
用，导致电解槽的综合热效率无法高于其制氢效率，更没有考虑电解槽在宽功率波动运行工况下电解槽的热管理技术需求，难以满足电解制氢系统在低功率载荷下(比如20％额定功率)的长时间运行，对应用于波动性大、间歇性突出的可再生能源电力系统的耦合电解制氢系统，传统碱性电解制氢装置的热管系统不仅适应性差，而且效率低。
技术实现思路
[0005]本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能实现热能的有效综合利用且适应性好的大型碱性电解水制氢装置的综合热管理系统。
[0006]本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种大型碱性电解水制氢装置的综合热管理系统，该系统包括碱性电解水制氢装置，所述的碱性电解水制氢装置包括电解槽和气液分离器，所述的气液分离器的碱液输出端通过碱液循环回路连接至电解槽，该系统还包括热管理装置，所述的热管理装置包括热管理综合换热器、气液分离换热器和碱液循环换热器，所述的气液分离换热器设置在电解槽和气液分离器之间，所述的碱液循环换热器设置在碱液循环回路中，所述的气液分离换热器和热管理综合换热器的换热介质进出口连通形成第一换热回路，所述的碱液循环换热器和热管理综合换热器的换热介质进出口连通形成第二换热回路，所述的第一换热回路用于冷却电解槽输出的气液混合状态碱液，所述的第二换热回路用于加热碱液循环回路中循环输入至电解槽中的碱液。
[0008]优选地，所述的热管理装置还包括储热组件，所述的气液分离换热器的换热介质出口通过储热前端分流器分别连接至热管理综合换热器的换热介质进口和储热组件的进口，所述的储热组件的出口连接至第二换热回路。
[0009]优选地，所述的热管理综合换热器还连通外部冷源，流通在热管理综合换热器中的换热介质对所述的外部冷源进行加热。
[0010]优选地，所述的热管理综合换热器包括至少两组具有不同温度等级的换热介质出口，分别为第一换热介质出口和第二换热介质出口，所述的第一换热介质出口输出的换热介质的温度高于第二换热介质出口输出的换热介质的温度，所述的第一换热介质出口连接至碱液循环换热器，所述的第二换热介质出口连接至气液分离换热器。
[0011]优选地，所述的储热组件包括储热罐。
[0012]优选地，所述的储热组件通过换热器后端分流器连接至第二换热回路，所述的换热器后端分流器输入端分别连接热管理综合换热器的第一换热介质出口和储热组件的出口，换热器后端分流器输出端通过碱液循环热管理泵连接至碱液循环换热器。
[0013]优选地，所述的气液分离器分别包括氢气侧气液分离器和氧气侧气液分离器，对应地，所述的气液分离换热器分别包括氢气侧换热器和氧气侧换热器，所述的氢气侧换热器和氧气侧换热器分别通过换热管路连通热管理综合换热器形成两条所述的第一换热回路，两条第一换热回路中分别对应设有氢气侧冷却泵和氧气侧冷却泵，所述的氢气侧冷却泵设置在氢气侧换热器的换热介质进口端，所述的氧气侧冷却泵设置在氧气侧换热器的换热介质进口端。
[0014]优选地，所述的热管理装置设置在绝热仓中。
[0015]优选地，所述的碱液循环回路包括碱液过滤器和碱液循环泵，所述的气液分离器
的碱液输出端依次通过碱液过滤器和碱液循环泵连接至电解槽。
[0016]优选地，所述的碱性电解水制氢装置还包括碱液预备箱，所述的碱液预备箱通过补碱泵连接至碱液过滤器的输入端。
[0017]与现有技术相比，本技术具有如下优点：
[0018](1)本技术设置热管理装置，将碱液循环与热量循环部分解偶，在温度较高的气液混合状态碱液流出电解槽后立即对其进行冷却，将热量收集至热管理装置，并在冷碱液进入电解槽前进行加热，因此能够有效避免因热碱液在气液分离与碱液管路循环时导致的热量损失，提高大型电解水制氢设备工作过程中产生废热的利用率；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种大型碱性电解水制氢装置的综合热管理系统，该系统包括碱性电解水制氢装置，所述的碱性电解水制氢装置包括电解槽(11)和气液分离器，所述的气液分离器的碱液输出端通过碱液循环回路连接至电解槽(11)，其特征在于，该系统还包括热管理装置，所述的热管理装置包括热管理综合换热器(19)、气液分离换热器和碱液循环换热器(14)，所述的气液分离换热器设置在电解槽(11)和气液分离器之间，所述的碱液循环换热器(14)设置在碱液循环回路中，所述的气液分离换热器和热管理综合换热器(19)的换热介质进出口连通形成第一换热回路，所述的碱液循环换热器(14)和热管理综合换热器(19)的换热介质进出口连通形成第二换热回路，所述的第一换热回路用于冷却电解槽(11)输出的气液混合状态碱液，所述的第二换热回路用于加热碱液循环回路中循环输入至电解槽(11)中的碱液。2.根据权利要求1所述的一种大型碱性电解水制氢装置的综合热管理系统，其特征在于，所述的热管理装置还包括储热组件，所述的气液分离换热器的换热介质出口通过储热前端分流器(17)分别连接至热管理综合换热器(19)的换热介质进口和储热组件的进口，所述的储热组件的出口连接至第二换热回路。3.根据权利要求1所述的一种大型碱性电解水制氢装置的综合热管理系统，其特征在于，所述的热管理综合换热器(19)还连通外部冷源，流通在热管理综合换热器(19)中的换热介质对所述的外部冷源进行加热。4.根据权利要求1所述的一种大型碱性电解水制氢装置的综合热管理系统，其特征在于，所述的热管理综合换热器(19)包括至少两组具有不同温度等级的换热介质出口，分别为第一换热介质出口和第二换热介质出口，所述的第一换热介质出口输出的换热介质的温度高于第二换热介质出口输出的换热介质的温度，所述的第一换热介质出口连接至碱液循环换热器(14)，所述的第二换热介质出口连接至气液分离换热...
【专利技术属性】
技术研发人员：张存满，吕洪，上官子轩，马军，董太明，周伟，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：新型
国别省市：
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