一种水电解制氢系统中控制气体纯度的装置及系统和方法制造方法及图纸

本申请提供了一种水电解制氢系统中控制气体纯度的装置及系统和方法，该装置包括：控制器组件；气体纯度检测组件，其能够检测所述水电解制氢系统制备的氧气中的含氢量和氢气中的含氧量；流量检测组件，其能够分别检测电解槽的氧侧流道入口的电解液流量和氢侧流道入口的电解液流量；和，流量控制组件，其能够分别控制电解槽的氧侧流道入口的电解液流量和氢侧流道入口的电解液流量

【技术实现步骤摘要】
一种水电解制氢系统中控制气体纯度的装置及系统和方法


[0001]本申请涉及电解制氢
，尤其涉及一种水电解制氢系统中控制气体纯度的装置及系统和方法
。

技术介绍

[0002]传统的碱性水电解制氢系统，采用网电作为电解槽的直流输入电源
。
由于输入电源稳定，所以该制氢系统的压力稳定
、
电解液流量稳定，得到的气体纯度也较稳定
。
但是，对于新兴的新能源碱性水电解制氢系统，比如风能
、
太阳能耦合制氢系统，风能
、
太阳能等可再生能源具有随机性
、
波动性及不确定性等特点，当负荷较低时，会使得氧气的产生速率低于氢气的交叉
(crossover)
速率导致氧气中的含氢量增加，因此，氧气中的含氢量是电解槽工作负荷范围的主要限制因素
。
除此之外，因氢气具有较高的穿透性也会出现氢气通过隔膜渗透到氧侧，出现氧中氢的现象
。
而氧气中的含氢量超过4％时会有爆炸的风险
。
[0003]现有技术公开了通过获取阴极侧和阳极侧的压力和压差计算所述电解槽中氧中含氢量的变化趋势；基于所述变化趋势，通过设置在电解槽氢侧出口和氧侧出口的压力调节阀调节所述阴极侧和
/
或所述阳极侧的压力，进而降低氧中含氢量
。
但是，该技术方案中的“变化趋势”需要建立包含多参数的“预测模型”，导致控制过于复杂且适用范围较低，而且调节气体压力的方式会导致气液分离单元的压力和液位不稳定，对制氢系统的安全运行以及效率能耗均有不利影响，而且，该方案是基于氢
\
氧侧出口“憋压”方式，对电解槽运行安全及效率能耗都有不利影响
。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中的问题，本申请提供了一种水电解制氢系统中控制气体纯度的装置
、
包括该装置的一种水电解制氢系统
、
以及一种水电解制氢过程中控制气体纯度的方法
。
本申请技术方案如下：
[0005]1、
一种水电解制氢系统中控制气体纯度的装置，包括：
[0006]控制器组件；
[0007]气体纯度检测组件，所述气体纯度检测组件与所述控制器组件电连接，且能够检测所述水电解制氢系统制备的氧气中的含氢量和氢气中的含氧量；
[0008]流量检测组件，所述流量检测组件与所述控制器组件电连接，且能够分别检测电解槽的氧侧流道入口的电解液流量和氢侧流道入口的电解液流量；和，
[0009]流量控制组件，所述流量控制组件与所述控制器组件电连接，且能够分别控制电解槽的氧侧流道入口的电解液流量和氢侧流道入口的电解液流量
。
[0010]2、
如项1所述的装置，其中，
[0011]所述流量检测组件包括：
[0012]流量检测部件，所述流量检测部件分别设置在所述电解槽的氧侧流道入口一侧的管路上和氢侧流道入口一侧的管路上；
[0013]其中，所述流量检测部件能够检测相应管路内的流体流量
。
[0014]3、
如项2所述的装置，其中，所述流量检测部件为流量计
。
[0015]4、
如项1所述的装置，其中，
[0016]所述流量控制组件包括：
[0017]第一泵，所述第一泵分别设置在所述电解槽的氧侧流道入口一侧的管路上和氢侧流道入口一侧的管路上；
[0018]所述第一泵与所述控制器组件电连接，且所述第一泵能够驱动相应管路内流体流动并调节流体流量
。
[0019]5、
如项4所述的装置，其中，所述第一泵为变频泵
。
[0020]6、
如项1所述的装置，其中，
[0021]所述流量控制组件包括：
[0022]第一阀，所述第一阀分别设置在所述电解槽的氧侧流道入口一侧的管路上和氢侧流道入口一侧的管路上，所述第一阀与所述控制器组件电连接，且所述第一阀能够控制相应管路内流体流量；和，
[0023]第二泵，所述第二泵能够将电解液输入所述电解槽的氧侧流道入口和
/
或氢侧流道入口
。
[0024]7、
如项6所述的装置，其中，所述第一阀为流量阀
。
[0025]8、
如项1所述的装置，其中，
[0026]所述气体纯度检测组件包括：
[0027]第一气体纯度检测部件，所述第一气体纯度检测部件与所述控制器组件电连接，且能够检测所述水电解制氢系统制备的氧气中的含氢量；和，
[0028]第二气体纯度检测部件，所述第二气体纯度检测部件与所述控制器组件电连接，且能够检测所述水电解制氢系统制备的氢气中的含氧量
。
[0029]9、
一种水电解制氢系统，包括：项1～8中任一项所述的装置
。
[0030]10、
一种水电解制氢过程中控制气体纯度的方法，包括：
[0031]获取制氢系统制备的氧气中的含氢量和氢气的中含氧量；
[0032]当氧气中的含氢量大于第一含量值时，调高电解槽的氧侧流道入口的电解液流量和
/
或调低电解槽的氢侧流道入口的电解液流量，直至氧气中的含氢量小于等于第一目标值；
[0033]当氢气中的含氧量大于第二含量值时，调高电解槽的氢侧流道入口的电解液流量和
/
或调低电解槽的氧侧流道入口的电解液流量，直至氢气中的含氧量小于等于第二目标值
。
[0034]11、
如项
10
所述的方法，其中，
[0035]所述当氧气中的含氢量大于第一含量值时，调高电解槽的氧侧流道入口的电解液流量和
/
或调低电解槽的氢侧流道入口的电解液流量，直至氧气中的含氢量小于等于第一目标值为：
[0036]当氧气中的含氢量大于第一含量值时，间隔第一时间值周期性地调高电解槽的氧侧流道入口的电解液流量以增加第一流量值和
/
或调低电解槽的氢侧流道入口的电解液流量以减少第二流量值，直至氧气中的含氢量小于等于第一目标值；和
/
或，
[0037]所述当氢气中的含氧量大于第二含量值时，调高电解槽的氢侧流道入口的电解液流量和
/
或调低电解槽的氧侧流道入口的电解液流量，直至氢气中的含氧量小于等于第二目标值为：
[0038]当氢气中的含氧量大于第二含量值时，间隔第二时间值周期性地调高电解槽的氢侧流道入口的电解液流量增加以第三流量值和
/
或调低电解槽的氧侧流道入口的电解液流量以减少第四流量值，直至氢气中的含氧量小于等于第二目标值
。
[0039]12、
如项
11
所述的方法，其中，
[0040]所述第一含量值为体积分数
0.5
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种水电解制氢系统中控制气体纯度的装置，包括：控制器组件；气体纯度检测组件，所述气体纯度检测组件与所述控制器组件电连接，且能够检测所述水电解制氢系统制备的氧气中的含氢量和氢气中的含氧量；流量检测组件，所述流量检测组件与所述控制器组件电连接，且能够分别检测电解槽的氧侧流道入口的电解液流量和氢侧流道入口的电解液流量；和，流量控制组件，所述流量控制组件与所述控制器组件电连接，且能够分别控制电解槽的氧侧流道入口的电解液流量和氢侧流道入口的电解液流量
。2.
如权利要求1所述的装置，其中，所述流量检测组件包括：流量检测部件，所述流量检测部件分别设置在所述电解槽的氧侧流道入口一侧的管路上和氢侧流道入口一侧的管路上；其中，所述流量检测部件能够检测相应管路内的流体流量
。3.
如权利要求2所述的装置，其中，所述流量检测部件为流量计
。4.
如权利要求1所述的装置，其中，所述流量控制组件包括：第一泵，所述第一泵分别设置在所述电解槽的氧侧流道入口一侧的管路上和氢侧流道入口一侧的管路上；所述第一泵与所述控制器组件电连接，且所述第一泵能够驱动相应管路内流体流动并调节流体流量
。5.
如权利要求4所述的装置，其中，所述第一泵为变频泵
。6.
如权利要求1所述的装置，其中，所述流量控制组件包括：第一阀，所述第一阀分别设置在所述电解槽的氧侧流道入口一侧的管路上和氢侧流道入口一侧的管路上，所述第一阀与所述控制器组件电连接，且所述第一阀能够控制相应管路内流体流量；和，第二泵，所述第二泵能够将电解液输入所述电解槽的氧侧流道入口和
/
或氢侧流道入口
。7.
如权利要求6所述的装置，其中，所述第一阀为流量阀
。8.
如权利要求1所述的装置，其中，所述气体纯度检测组件包括：第一气体纯度检测部件，所述第一气体纯度检测部件与所述控制器组件电连接，且能够检测所述水电解制氢系统制备的氧气中的含氢量；和，第二气体纯度检测部件，所述第二气体纯度检测部件与所述控制器组件电连接，且能够检测所述水电解制氢系统制备的氢气中的含氧量
。9.
一种水电解制氢系统，包括：
权利要求1～8中任一项所述的装置
。10.
一种水电解制氢过程中控制气体纯度的方法，包括：获取制氢系统制备的氧气中的含氢量和氢气的中含氧量；当氧气中的含氢量大于第一含量值时，调高电解槽的氧侧流道入口的电解液流量和
/
或调低电解槽的氢侧流道入口的电解液流量，直至氧气中的含氢量小于等于第一目标值；当氢气中的含氧量大于第二含量值时，调高电解槽的氢侧流道入口的电解液流量和
/
或调低电解槽的氧侧流道入口的电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜超，龙广征，焦庆生，郑联欢，王晖，
申请(专利权)人：西安隆基氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：