【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种制氧系统，具体说是一种电解水制氧系统及其控制方法。
技术介绍
1、电解水制氢制氧是洁净的制氢制氧技术，是生产高纯氢气和氧气的一种环保高效的方法。目前，电解水制氧系统的技术特点是：采用pem水电解制氢制氧技术，工作介质为纯水，无腐蚀性；直接带压生产氢气，常压供水(采用高差压电解槽和系统)；大电流密度，电堆小型化，便于集成；系统响应快速，适应动态操作；高气体纯度(高纯氢气可直接满足燃料电池需求)；高效率、低能耗、长寿命；高可靠安全性，小型化和集成化，易于操作维护。
2、通过pem电解水制备技术，用直流电将超纯水分解为高纯度氧气和氢气。然而，制备的高纯氢气作为燃料，虽纯度高达99.97％(h2o≤0.03％)。根据gb/t37244-2018《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》，低温质子交换膜燃料电池(lt-pemfcs)技术产品，对于氢源有非常苛刻的指标要求。除氢气的高纯度外，杂质含量均需控制在ppm级范围内，如h2o≤5ppm，远远低于制备氢气的水含量。因此，制备的高纯氢气无法直接作为燃料，必须增加一套复杂的冷凝式或吸附式氢气脱水装置，方能提供给传统的低温质子交换膜燃料电池使用。如与lt-pemfc(传统氢燃料电池)电堆系统匹配，包含高精度的增湿器及散热器，将进一步增加整体系统的体积、能耗、氢耗等。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种电解水制氧系统及其控制方法，通过耦合pem电解水和高温质子膜燃料电池(ht-pemfc)技术实现高效绿色便捷地制
2、本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
3、一种电解水制氧系统，其特征在于：包括pem电解水制氧制氢装置和高温质子膜燃料电池装置，所述pem电解水制氧制氢装置的进水口与超纯水连接，pem电解水制氧制氢装置的氧气出口与储氧罐连接；pem电解水制氧制氢装置的氢气出口与高温质子膜燃料电池装置的氢气进口连接，pem电解水制氧制氢装置的直流电输入装置通过电源控制器与高温质子膜燃料电池装置的直流电输出装置连接；高温质子膜燃料电池装置与空压机连接。
4、进一步，高温质子膜燃料电池装置中，ht-pemfc电堆与氢气换热器及空气换热器为一体化集成结构。ht-pemfc电堆与温度控制器和风扇连接。
5、一种电解水制氧系统的控制方法，其特征在于，具体步骤如下：
6、1)水箱中的超纯水送入pem电解水制氧制氢装置，电源控制器给pem电解水制氧制氢装置提供电源，经过pem电解水产生氧气送入储氧罐，产生的氢气直接进入高温质子膜燃料电池装置；
7、2)空压机把带有氧气的空气送入高温质子膜燃料电池装置，同氢气发生电化学反应发出直流电回馈给电源控制器；
8、3)补充的电能通过电源控制器输出给pem电解水制氧制氢装置制氢制氧。
9、本专利技术中，主供电源220v交流输入电源控制器；高温质子膜燃料电池装置输出直流电压为23～39v，输出电流0～18a，作为回馈电能输入到电源控制器；电源控制器将回馈电能补充进电源输出端，整流稳压为直流48v电压为pem电解水制氧制氢装置提供电源，确保以恒电流方式进行制氢和制氧控制。
10、通过智能控制系统实时监测和调节pem电解水制氧制氢装置的工作状态，智能控制系统包括传感器、控制器和执行器，传感器负责实时采集水位、温度、压力；控制器根据预设的算法对数据进行分析处理，并发出相应的控制指令；执行器根据控制器的指令调节电解电流、流量，以达到最佳的制氧效率。
11、智能控制系统具备故障自诊断功能，一旦检测到异常，及时发出警报并采取措施，保证系统的安全稳定运行；智能控制系统具备可扩展性和灵活性，根据实际需求进行模块化配置和升级；智能控制系统通过优化算法，根据外部环境条件的变化自动调整工作状态，以达到最佳的能效比。
12、本专利技术的有益效果如下：
13、高温质子膜燃料电池装置对于氢燃料杂质具备极强的包容性，其中耐受h2o≤10％，远高于pem电解水制备氢的水含量,因此，电解水产生的高纯氢气可以直接作为燃料，注入ht-pemfc电堆系统作为燃料，实现高效氢电转化反应。既省却复杂的氢气脱水装置，同时水热管理更简单，不需要增湿器、以及高精度的散热器，进一步降低整体系统的综合效能。本专利技术可完美的实现低能耗电解水制氧。
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1.一种电解水制氧系统，其特征在于：包括PEM电解水制氧制氢装置（1）和高温质子膜燃料电池装置（2），所述PEM电解水制氧制氢装置（1）的进水口与超纯水（11）连接，PEM电解水制氧制氢装置（1）的氧气出口与储氧罐（12）连接；PEM电解水制氧制氢装置（1）的氢气出口与高温质子膜燃料电池装置（2）的氢气进口连接，PEM电解水制氧制氢装置（1）的直流电输入装置通过电源控制器（3）与高温质子膜燃料电池装置（2）的直流电输出装置连接；高温质子膜燃料电池装置（2）与空压机（4）连接。
2.根据权利要求1所述的电解水制氧系统，其特征在于：高温质子膜燃料电池装置（2）中，HT-PEMFC电堆（21）与氢气换热器及空气换热器为一体化集成结构。
3.根据权利要求2所述的电解水制氧系统，其特征在于：HT-PEMFC电堆（21）与温度控制器（22）和风扇（23）连接。
4.一种电解水制氧系统的控制方法，其特征在于，具体步骤如下：
5.根据权利要求4所述的电解水制氧系统的控制方法，其特征在于，主供电源220V交流输入电源控制器；高温质子膜燃料电池装置输出
6.根据权利要求4所述的电解水制氧系统的控制方法，其特征在于，通过智能控制系统实时监测和调节PEM电解水制氧制氢装置的工作状态，智能控制系统包括传感器、控制器和执行器，传感器负责实时采集水位、温度、压力；控制器根据预设的算法对数据进行分析处理，并发出相应的控制指令；执行器根据控制器的指令调节电解电流、流量，以达到最佳的制氧效率。
7.根据权利要求6所述的电解水制氧系统的控制方法，其特征在于，智能控制系统具备故障自诊断功能，一旦检测到异常，及时发出警报并采取措施，保证系统的安全稳定运行；智能控制系统具备可扩展性和灵活性，根据实际需求进行模块化配置和升级；智能控制系统通过优化算法，根据外部环境条件的变化自动调整工作状态，以达到最佳的能效比。
...【技术特征摘要】
1.一种电解水制氧系统，其特征在于：包括pem电解水制氧制氢装置（1）和高温质子膜燃料电池装置（2），所述pem电解水制氧制氢装置（1）的进水口与超纯水（11）连接，pem电解水制氧制氢装置（1）的氧气出口与储氧罐（12）连接；pem电解水制氧制氢装置（1）的氢气出口与高温质子膜燃料电池装置（2）的氢气进口连接，pem电解水制氧制氢装置（1）的直流电输入装置通过电源控制器（3）与高温质子膜燃料电池装置（2）的直流电输出装置连接；高温质子膜燃料电池装置（2）与空压机（4）连接。
2.根据权利要求1所述的电解水制氧系统，其特征在于：高温质子膜燃料电池装置（2）中，ht-pemfc电堆（21）与氢气换热器及空气换热器为一体化集成结构。
3.根据权利要求2所述的电解水制氧系统，其特征在于：ht-pemfc电堆（21）与温度控制器（22）和风扇（23）连接。
4.一种电解水制氧系统的控制方法，其特征在于，具体步骤如下：
5.根据权利要求4所述的电解水制氧系统的控制方法，其特征在于，主供...
【专利技术属性】
技术研发人员：王海良，杨雷，王冠琼，杨雄，李向，陈洋艺，王海兵，李兰芸，肖鹭阳，徐子峰，
申请(专利权)人：南京际华三五二一特种装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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