串联式功能型碱液罐及带有该碱液罐的碱水电解制氢系统

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1.本实用新型涉及碱水电解制氢技术领域，尤其是涉及一种串联式功能型碱液罐及带有该碱液罐的碱水电解制氢系统。

背景技术：

2.氢能制备技术的发展是实现氢能广泛应用的前提。电解水制氢是目前最常用的制氢技术之一，其中碱水电解制氢技术相对成熟，已经实现了商业化。随着对氢气需求的不断增大，电解制氢系统不断增大，单台套的电解槽的产氢量已经超过1200 nm3/h。
3.为了进一步提升制氢系统的产氢能力，逐渐形成了多台套电解槽并联形成组合型电解制氢系统，这些系统通常共用碱液循环、气液分离和气体纯化系统，简化电解制氢系统的复杂性，降低设备成本。碱液循环过程中，由于气体的溶解特性，导致从碱液罐中流出进入电解槽中的碱水中夹杂着混合气体，当电解小室内部的杂质气体浓度过高时，存在安全隐患。
4.因此，如何降低进入电解槽的碱液中溶解气体的浓度对提升电解制氢系统的安全性至关重要。

技术实现要素：

5.本实用新型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串联式功能型碱液罐及带有该碱液罐的碱水电解制氢系统，通过串联式功能型碱罐设计，通过低压除气过程显著降低进入电解槽的碱液中溶解的杂质气体的浓度，有效提升电解制氢系统的安全性。
6.本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.根据本实用新型的第一方面，提供了一种串联式功能型碱液罐，包括至少3 个串联的碱液罐；其中，中间的碱液罐为用于对电解液中溶解气体进行处理的功能型碱液罐；所述功能型碱液罐外接有用于对功能型碱液罐进行低压或真空处理以降低碱液中溶解气体浓度的真空装置；所述功能型碱液罐中还设有可控温度的碱液加热装置。
8.优选地，所述串联的碱液罐数量为3～5。
9.根据本实用新型的第二方面，提供了一种碱水电解制氢系统，包括组合式电解槽、碱液循环装置、气液分离装置以及气体纯化装置，所述碱液循环装置包括依次连接的气体分离器、权利要求1-4任一项所述的串联式功能型碱液罐、循环泵、冷却器、加热器和过滤器；
10.所述组合式电解槽出来的两路电解液经过所述碱液循环装置中的气体分离器后，汇合至所述串联式功能型碱液罐，再依次经过循环泵、冷却器、加热器和过滤器，循环并入组合式电解槽中；
11.所述组合式电解槽分解制得的气体通过所述气体分离器接入气液分离装置后，连接至所述气体纯化装置。
12.优选地，组合式电解槽包括多个串联或并联的电解槽。
13.优选地，所述气体分离器包括氢气测分离器和氧气测分离器。
14.优选地，所述气液分离装置包括两路分离装置，包括氢气侧气液分离装置和氧气侧气液分离装置。
15.优选地，所述氢气侧气液分离装置包括氢气侧分离器、氢气侧换热器和氢气侧背压阀，接入气体纯化装置。
16.优选地，所述氧气侧气液分离装置包括氧气侧分离器、氧气侧换热器和氧气侧背压阀，接入气体纯化装置。
17.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
18.1)本发明设计的串联式功能型碱液罐，通过采用多个串联式碱液罐代替传统单个或无碱液罐，可采用降低碱液罐内部的饱和蒸气压的方式，降低氢气和氧气在碱液中的溶解度，降低碱液中溶解氢气和氧气的浓度，保证回流碱液中保持较低的溶解氢气/氧气的浓度，有效提升电解槽的安全性；
19.2)本发明通过真空装置对功能型碱液罐的低压除气过程显著降低进入电解槽的碱液中溶解的杂质气体的浓度，有效提升电解制氢系统的安全性；
20.3)本发明可利用可控温度的碱液加热装置对功能型碱液罐，根据电解槽的工作状态，进行碱液温度等可预见的工作条件的控制。
附图说明
21.图1为本实用新型的串联式功能型碱液罐及带有该碱液罐的碱水电解制氢系统示意图；
22.其中，1-组合式电解槽，2-碱液循环装置，21-气体分离器，22-串联式功能型碱液罐，3-气液分离装置，4-气体纯化装置。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。
24.实施例
25.如图1所示，本实施例给出了一种串联式功能型碱液罐及带有该碱液罐的碱水电解制氢系统，所述系统包括组合式电解槽1、碱液循环装置2、气液分离装置3 以及气体纯化装置4，其中，所述碱液循环装置2包括依次连接的气体分离器21、串联式功能型碱液罐22、循环泵、冷却器、加热器和过滤器。
26.所述串联式功能型碱液罐22，包括至少3个串联的碱液罐；其中，中间的碱液罐为用于对电解液中溶解气体进行处理的功能型碱液罐。所述串联的碱液罐数量为3～5。
27.碱液罐是碱液循环过程的核心组件，在串联式功能型碱液罐22中，用多个串联式碱液罐代替传统单个或无碱液罐，本实施例采用3个串联的碱液罐，第1个碱液罐主要混合来自于氢气分离器和氧气分离器流出的碱液，从第1个碱液罐流入第 2个碱液罐，对第2个
碱液罐进行低压/真空处理，降低碱液罐内部的饱和蒸气压，降低氢气和氧气在碱液中的溶解度，降低碱液中溶解氢气和氧气的浓度。将第2 个碱液罐的碱液流入第3个碱液罐中进行碱液中溶解氢气/氧气浓度的测试，保证回流碱液中保持较低的溶解氢气/氧气的浓度，提升电解槽的安全性。
28.所述功能型碱液罐外接有用于对功能型碱液罐进行低压或真空处理以降低碱液中溶解气体浓度的真空装置。
29.所述功能型碱液罐中还设有可控温度的碱液加热装置。
30.所述组合式电解槽1出来的两路电解液经过所述碱液循环装置2中的气体分离器21后，汇合至所述串联式功能型碱液罐22，再依次经过循环泵、冷却器、加热器和过滤器，循环并入组合式电解槽1中；
31.所述组合式电解槽1分解制得的气体通过所述气体分离器21接入气液分离装置3后，连接至所述气体纯化装置4。
32.其中，组合式电解槽1由多个相同/不同产氢能力的电解槽通过串联/并联的形式组合而成，本方案采用5个不同产氢能力的电解槽并联而成，产氢能力分别为 1000nm3/h，800nm3/h，600nm3/h，400nm3/h，200nm3/h，电解槽流出的气体混合液并流进入氢气/氧气分离器。
33.所述气液分离装置3包括两路分离装置，包括氢气侧气液分离装置和氧气侧气液分离装置。其中，所述氢气侧气液分离装置包括氢气侧分离器、氢气侧换热器和氢气侧背压阀，接入氢气纯化装置4；所述氧气侧气液分离装置包括氧气侧分离器、氧气侧换热器和氧气侧背压阀，接入氧气纯化装置4。
34.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种串联式功能型碱液罐，其特征在于，包括至少3个串联的碱液罐；其中，中间的碱液罐为用于对电解液中溶解气体进行处理的功能型碱液罐；所述功能型碱液罐外接有用于对功能型碱液罐进行低压或真空处理以降低碱液中溶解气体浓度的真空装置，所述功能型碱液罐中还设有可控温度的碱液加热装置。2.根据权利要求1所述的串联式功能型碱液罐，其特征在于，所述串联的碱液罐数量为3～5。3.一种碱水电解制氢系统，包括组合式电解槽(1)、碱液循环装置(2)、气液分离装置(3)以及气体纯化装置(4)，其特征在于，所述碱液循环装置(2)包括依次连接的气体分离器(21)、权利要求1-2任一项所述的串联式功能型碱液罐(22)、循环泵、冷却器、加热器和过滤器；所述组合式电解槽(1)出来的两路电解液经过所述碱液循环装置(2)中的气体分离器(21)后，汇合至所述串联式功能型碱液罐(22)，再依次经过循环泵、冷却器、加热器和过滤器，循环并入组合式电解槽(1)中；所述组合式电解槽(1)分解制得的气体通过所述气体分离器(21)接入气液分离装置(3)后，连接至所述气体纯化装置(4)。4.根据权利要求3所述的碱水电解制氢系统，其特征在于，所述组合式电解槽(1)包括多个串联或并联的电解槽。5.根据权利要求3所述的碱水电解制氢系统，其特征在于，所述气体分离器(21)包括氢气测分离器和氧气测分离器。6.根据权利要求3所述的碱水电解制氢系统，其特征在于，所述气液分离装置(3)包括两路分离装置，包括氢气侧气液分离装置和氧气侧气液分离装置。7.根据权利要求6所述的碱水电解制氢系统，其特征在于，所述氢气侧气液分离装置包括氢气侧分离器、氢气侧换热器和氢气侧背压阀，接入气体纯化装置(4)。8.根据权利要求6所述的碱水电解制氢系统，其特征在于，所述氧气侧气液分离装置包括氧气侧分离器、氧气侧换热器和氧气侧背压阀，接入气体纯化装置(4)。

技术总结

本实用新型涉及一种串联式功能型碱液罐及带有该碱液罐的碱水电解制氢系统，所述串联式功能型碱液罐包括至少3个串联的碱液罐；其中，中间的碱液罐为用于对电解液中溶解气体进行处理的功能型碱液罐。与现有技术相比，本实用新型通过串联式功能型碱罐设计，通过低压除气过程显著降低进入电解槽的碱液中溶解的杂质气体的浓度，有效提升电解制氢系统的安全性。性。性。