一种电解水制氢低温启停装置

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1.本实用新型涉及电解水制氢技术领域，尤其涉及一种电解水制氢低温启停装置。

背景技术：

2.氢能源在未来能源领域所占据的比重越来越高，制氢技术的发展很大程度上决定了氢能源的发展。区别于碱性电解水制氢，质子交换膜(pem)水电解制氢具有良好化学稳定性、质子传导性、气体分离性的全氟磺酸质子交换膜作为固体电解质替代石棉膜，能有效阻止电子传递，提高电解槽安全性，因此pem电解水制氢技术具有广阔发展前景。
3.例如申请号为cn202010349690.7的中国发明专利，名称为：异型集电器、pem电解水制氢装置及电解水制氢的方法，所述异型集电器包括：第一通道，由多孔基体构成；第二通道，沿多孔基体顶面形成的流道或垂直于多孔基体顶面形成的直穿孔；所述第一通道和第二通道共同形成气液传输通道所述异型集电器为一种具备燃料电池与水电解池流场板与气液扩散层作用的异型集电器器件，能够达到去成本，优化燃料电池与水电解池结构的目的，但通常在低温下电解槽内的水可能结冰，冰覆盖扩散层，催化层，阻碍氢气、氧气和液态水的传输，膜内质子传导能力差，进而影响电堆冷起动能力，且结冰会造成聚合物膜膨胀破裂，从而减少质子交换膜的使用寿命。
4.因此，亟需一种电解水制氢低温启停装置，用于解决现有技术中因pem电解槽不具备良好的冷启动性能而发生结冰，从而导致影响质子交换膜的使用寿命的问题。

技术实现要素：

5.有鉴于此，有必要提供一种电解水制氢低温启停装置，解决现有技术中因pem电解槽不具备良好的冷启动性能而发生结冰，从而导致影响质子交换膜的使用寿命的技术问题。
6.为达到上述技术目的，本实用新型的技术方案提供一种电解水制氢低温启停装置，包括：
7.水箱组件，包括水箱、加热件及第一温度监测单元，所述加热件内置于所述水箱，用于加热所述水箱内部的水，所述第一温度监测单元连接于所述水箱，用于监测所述水箱内部水的温度；
8.电解槽组件，包括电解槽、温度监测件、电源及吹除件，所述电解槽的进液端和出液端均与所述水箱的内部相连通，所述温度监测件连接与所述电解槽，用于监测流经所述电解槽的水的温度，所述电源连接于所述电解槽，用于为所述电解槽供电，所述吹除件连接于所述电解槽，用于吹除所述电解槽内部的水；
9.开关组件，包括球阀开关，所述球阀开关设置于所述电解槽的进液端上，用于将电解槽的进液端与所述水箱的内部相连通或相断开。
10.进一步的，所述温度监测件包括第二温度监测单元和第三温度监测单元，所述第二温度监测单元设置于所述电解槽的进液端，用于监测进入所述电解槽的内部水的温度，
所述第三温度监测单元设置于所述电解槽的出液端，用于监测所述电解槽的内部流出水的温度。
11.进一步的，所述电解槽组件还包括第一接头，所述第一接头连接于所述电解槽的进液端，且所述吹除件和所述第二温度监测单元均与所述第一接头相连接。
12.进一步的，所述吹除件包括氮气瓶和减压阀，所述氮气瓶的出气口经所述第一接头与所述电解槽的进液端相连通，且所述减压阀设置于所述氮气瓶的出气口，用于调节所述氮气瓶内气体的压力。
13.进一步的，所述电解槽组件还包括第二接头和湿度监测单元，所述第二接头连接于所述电解槽的出液端，所述湿度监测单元和第三温度监测单元均与所述第二接头相连接。
14.进一步的，水箱组件还包括蠕动泵，所述蠕动泵的进液端与所述水箱的内部相连通，且其出液端与所述第一接头相连通，用于实现水箱内部水的循环。
15.进一步的，还包括冷却组件，所述冷却组件包括冷却件，所述冷却件连接于所述水箱，用于将流经所述水箱的循环水冷却。
16.进一步的，所述冷却组件还包括换热器，所述换热器的内部与所述水箱的内部和所述蠕动泵的进液端均相连通，且所述冷却件连接于所述换热器。
17.进一步的，所述开关组件还包括第一开关和第二开关，所述第一开关设置于所述换热器上，并连接于所述换热器，所述第二开关设置于所述氮气瓶的出气端上，并连接于所述氮气瓶。
18.进一步的，还包括控制组件，所述控制组件与所述加热件、第一温度监测单元、第二温度监测单元、第三温度监测单元、第一开关及第二开关均相连接。
19.与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括：水箱通过球阀开关与电解槽相连通，用于通过球阀开关控制水箱为电解槽提供电解水，加热件连接于电解槽，用于对水箱内的水进行加热，避免冷水进入电解槽内而导致结冰，第一温度监测单元连接于水箱，用于监测水箱内的水的温度，同时温度监测件连接于电解槽，用于监测流经电解槽内的水的温度，以防止低温导致电解水在电解槽内结冰，同时电源连接于电解槽，当电解槽内的温度不满足电解水结冰的条件后，电源开始为电解槽电解水制氢供电，吹除件连接于电解槽，当电解水制氢完成后，吹除件用于吹除电解槽内多余的水，避免水残留与电解槽内，并因低温导致结冰，通过上述结构，使得pem电解槽具备良好的冷启动性能，解决因pem电解槽发生结冰，从而导致影响质子交换膜的使用寿命的技术问题。
附图说明
20.图1是本实用新型实施例所提供的一种pem电解水制氢启停装置的结构示意图；
21.图2是本实用新型实施例所提供的控制组件与加热件、第一温度监测单元、第二温度监测单元、第三温度监测单元、第一开关及第二开关相连接结构示意图。
具体实施方式
22.下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型
的范围。
23.请参阅图1、图2，本实用新型提供了一种电解水制氢低温启停装置，包括：水箱组件1、电解槽组件2及开关组件3，水箱组件1包括水箱11、加热件12及第一温度监测单元13，加热件12内置于水箱11，用于加热水箱11内部的水，第一温度监测单元13连接于水箱11，用于监测水箱11内部水的温度，电解槽组件2包括电解槽21、温度监测件22、电源23及吹除件24，电解槽21的进液端和出液端均与水箱11的内部相连通，温度监测件22连接与电解槽21，用于监测流经电解槽21的水的温度，电源23连接于电解槽21，用于为电解槽21供电，吹除件24连接于电解槽21，用于吹除电解槽21内部的水，开关组件3包括球阀开关31，球阀开关31设置于电解槽21的进液端上，用于将电解槽21的进液端与水箱11的内部相连通或相断开。
24.可以理解，水箱11通过球阀开关31与电解槽21相连通，用于通过球阀开关31控制水箱11为电解槽21提供电解水，加热件12连接于电解槽21，用于对水箱11内的水进行加热，避免冷水进入电解槽21内而导致结冰，第一温度监测单元13连接于水箱11，用于监测水箱11内的水的温度，同时温度监测件22连接于电解槽21，用于监测流经电解槽21内的水的温度，以防止低温导致电解水在电解槽21内结冰，同时电源23连接于电解槽21，当电解槽21内的温度不满足电解水结冰的条件后，电源23开始为电解槽21电解水制氢供电，吹除件24连接于电解槽21，当电解水制氢完成后，吹除件24用于吹除电解槽21内多余的水，避免水残留与电解槽21内，并因低温导致结冰，通过上述结构，使得pem电解槽21具备良好的冷启动性能。
25.进一步地，本装置中的加热件12为ptc加热棒，具有热阻小、换热效率高、自动恒温及省电等特点，此处ptc加热棒为本领域技术人员所公知的常规设置，此处不作过多阐述。
26.进一步地，本装置中电解水通入电解槽21内部，利用电源23为电解槽21供电，以制备氢气，其中电解槽21为pem电解槽21，此处为本领域技术人员所公知的常规设置，此处不作过多阐述。
27.进一步地，本装置中还应包括用于连通各个部件的内部，以使得水箱11和电解槽21等形成循环水路的管路组件等，此处为本领域技术人员所公知的常规设置，此处不作过多阐述。
28.如图1所示，开关组件3还包括第一开关32和第二开关33。
29.如图1所示，水箱组件1还包括蠕动泵14，蠕动泵14的进液端与水箱11的内部相连通，且其出液端与第一接头25相连通，用于实现水箱11内部水的循环。
30.进一步地，此处蠕动泵14可用于帮助电解槽21中残留水的排空，球阀开关31关闭，蠕动泵14继续工作将循环管路和电解槽21中的水抽吸至水箱11内，此处蠕动泵14为本领域技术人员所公知的常规设置，此处不作过多阐述。
31.如图1所示，温度监测件22包括第二温度监测单元221和第三温度监测单元222，第二温度监测单元221设置于电解槽21的进液端，用于监测进入电解槽21的内部水的温度，第三温度监测单元222设置于电解槽21的出液端，用于监测电解槽21的内部流出水的温度。
32.可以理解，第二温度监测单元221和第三温度监测单元222分别相对电解槽21的进液端和出液端设置，分别用于监测进入电解槽21内部电解水的温度和流出电解槽21内部电解水的温度，当第二温度监测单元221和第三温度监测单元222监测到电解槽21的进液端和出液端的温度差保持稳定，即可视为经加热件12加热后的电解水进入电解槽21内化冰工作
结束，用于对电解槽21其保护作用。
33.进一步地，本装置中第一温度监测单元13、第二温度监测单元221及第三温度监测单元222均为温度传感器，此处还可以用其他温度监测件22进行替代，此处温度传感器作为本领域技术人员所公知的常规设置，不作过多阐述。
34.其中作为一种实施方式，如图1所示，吹除件24包括氮气瓶241和减压阀242，氮气瓶241的出气口经第一接头25与电解槽21的进液端相连通，且减压阀设置于氮气瓶241的出气口，用于调节氮气瓶241内气体的压力。
35.可以理解，通过氮气瓶241吹除的高压高温氮气，可以有效地吹除电解槽21完成电解后残留的水，避免残留水因低温发生结冰，同时通过减压阀242可控制高温高压气体吹出的压力。
36.进一步地，此处氮气瓶241和减压阀242均为本领域技术人员所公知的常规设置，此处不作过多阐述。
37.如图1所示，电解槽组件2还包括第一接头25、第二接头26及湿度监测单元27。
38.其中，第一接头25连接于电解槽21的进液端，且吹除件24和第二温度监测单元221均与第一接头25相连接。
39.可以理解，通过第一接头25以实现蠕动泵14的出液端、第二温度监测单元221、减压阀242及电解槽21的进液端均相连接。
40.其中作为一种实施方式，第二接头26连接于电解槽21的出液端，湿度监测单元27和第三温度监测单元222均与第二接头26相连接。
41.可以理解，电解槽21的出液端设置有湿度监测单元27，用于测量经氮气瓶241吹出，并经过电解槽21内部吹出的气体中的湿度，以保证电解槽21的内部残留的液态水无法达到结冰的条件，用于对电解槽21的低温停机其保护作用。
42.进一步地，此处湿度监测单元27为露点仪，能直接测出露点湿度，此处为本领域技术人员所公知的常规设置，此处不作过多阐述。
43.进一步地，本装置中第一接头25和第二接头26均为常见的四通接头，用于连接各个组件，此处为本领域技术人员所公知的常规设置，此处不作过多阐述。
44.如图1所示，本装置还包括连接于水箱11的冷却组件4，冷却组件4包括冷却件41和换热器42。
45.其中，冷却件41连接于水箱11，用于将流经水箱11和电解槽21的高温循环水进行冷却，冷却件41为本领域技术人员所公知的常规设置，此处不作过多阐述。
46.其中作为一种实施方式，换热器42的内部与水箱11的内部和蠕动泵14的进液端均相连通，且冷却件41连接于换热器42。
47.可以理解，通过换热器42将电解槽21中经电解后产生的高温循环水的热量传递至冷却件41，从而实现对电解水的冷却循环，避免直接将电解槽21中的电解水通入冷却件41中，导致电解水的污染，此处换热器42为本领域技术人员所公知的常规设置，此处不作过多阐述。
48.其中作为一种实施方式，第一开关32设置于换热器42上，并连接于换热器42，第二开关33设置于氮气瓶的出气端上，并连接于氮气瓶。
49.进一步地，此处第一开关32和第二开关33均为电磁阀开关，电磁阀开关为本领域
技术人员所公知的常规设置，不作过多阐述。
50.如图1、图2所示，本装置还包括控制组件5，控制组件5为plc控制系统，并与加热件12、第一温度监测单元13、第二温度监测单元221、第三温度监测单元222、第一开关32及第二开关33均相连接，以实现整个装置的自动化。
51.本实用新型的具体工作流程，水箱11通过球阀开关31与电解槽21相连通，用于通过球阀开关31控制水箱11为电解槽21提供电解水，加热件12连接于电解槽21，用于对水箱11内的水进行加热，避免冷水进入电解槽21内而导致结冰，第一温度监测单元13连接于水箱11，用于监测水箱11内的水的温度，同时温度监测件22连接于电解槽21，用于监测流经电解槽21内的水的温度，以防止低温导致电解水在电解槽21内结冰，同时电源23连接于电解槽21，当电解槽21内的温度不满足电解水结冰的条件后，电源23开始为电解槽21电解水制氢供电，吹除件24连接于电解槽21，当电解水制氢完成后，吹除件24用于吹除电解槽21内多余的水，避免水残留与电解槽21内，并因低温导致结冰，通过上述结构，使得pem电解槽21具备良好的冷启动性能。
52.使用者在使用时，当环境温度高于0℃时，球阀开关31打开，蠕动泵14工作，电源23接通，正常启动电解槽21电解水制氢。
53.进一步地，当环境温度低于0℃时，球阀开关31关闭，蠕动泵14不运行，电源23不接通，ptc加热棒受控开始工作，通过第一温度监测单元13观察水箱11内水温，当达到目标水温后打开球阀开关31，蠕动泵14运行，温水从电解槽21的进液端进入电解槽21进行化冰工作，此时电解槽21与电源23不接通。该过程持续一段时间后，分别置于电解槽21进出口的第二温度监测单元221和第三温度监测单元222温度差保持稳定可视为化冰工作结束。(其中具体时间长短需要根据环境温度和目标水温确定)。
54.进一步地，可以接通直流电源23，电解制氢系统正常启动。此后，ptc加热棒可以停止加热，也可以根据实际需要保持一定工作功率，提高进入电解槽21的水温进而加快反应速率。而随着反应的进行，电解槽21内温度持续升高，为防止温度过高对质子交换膜带来的影响，ptc加热棒停止工作，同时在换热器42内与冷却件41进行热传导降温。
55.当环境温度高于0℃时，正常停机；
56.进一步地，当环境温度低于0℃时，需要进行高温氮气吹扫。此时打开第二开关33和减压阀242，高温氮气从氮气瓶内经由第一接头25从入水口进入电解槽21，具体压力由减压阀242进行调节。由于高温，部分液态水会被蒸发离开电解槽21，而剩余水在一定压力的气流吹扫下顺着流道从电解槽21出水口流出，当露点仪的露点示数小于目标露点之后，说明残留的的水分将达不到结冰的要求，同时又能保证质子交换膜保持一定含水量，此时关闭第二开关33，停机工作完成。
57.通过上述结构，能用于解决现有技术中因pem电解槽21不具备良好的冷启动性能而发生结冰，从而导致影响质子交换膜的使用寿命的问题。
58.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种电解水制氢低温启停装置，其特征在于，包括：水箱组件，包括水箱、加热件及第一温度监测单元，所述加热件内置于所述水箱，用于加热所述水箱内部的水，所述第一温度监测单元连接于所述水箱，用于监测所述水箱内部水的温度；电解槽组件，包括电解槽、温度监测件、电源及吹除件，所述电解槽的进液端和出液端均与所述水箱的内部相连通，所述温度监测件连接与所述电解槽，用于监测流经所述电解槽的水的温度，所述电源连接于所述电解槽，用于为所述电解槽供电，所述吹除件连接于所述电解槽，用于吹除所述电解槽内部的水；开关组件，包括球阀开关，所述球阀开关设置于所述电解槽的进液端上，用于将电解槽的进液端与所述水箱的内部相连通或相断开。2.根据权利要求1所述的电解水制氢低温启停装置，其特征在于，所述温度监测件包括第二温度监测单元和第三温度监测单元，所述第二温度监测单元设置于所述电解槽的进液端，用于监测进入所述电解槽的内部水的温度，所述第三温度监测单元设置于所述电解槽的出液端，用于监测所述电解槽的内部流出水的温度。3.根据权利要求2所述的电解水制氢低温启停装置，其特征在于，所述电解槽组件还包括第一接头，所述第一接头连接于所述电解槽的进液端，且所述吹除件和所述第二温度监测单元均与所述第一接头相连接。4.根据权利要求3所述的电解水制氢低温启停装置，其特征在于，所述吹除件包括氮气瓶和减压阀，所述氮气瓶的出气口经所述第一接头与所述电解槽的进液端相连通，且所述减压阀设置于所述氮气瓶的出气口，用于调节所述氮气瓶内气体的压力。5.根据权利要求2所述的电解水制氢低温启停装置，其特征在于，所述电解槽组件还包括第二接头和湿度监测单元，所述第二接头连接于所述电解槽的出液端，所述湿度监测单元和第三温度监测单元均与所述第二接头相连接。6.根据权利要求4所述的电解水制氢低温启停装置，其特征在于，水箱组件还包括蠕动泵，所述蠕动泵的进液端与所述水箱的内部相连通，且其出液端与所述第一接头相连通，用于实现水箱内部水的循环。7.根据权利要求6所述的电解水制氢低温启停装置，其特征在于，还包括冷却组件，所述冷却组件包括冷却件，所述冷却件连接于所述水箱，用于将流经所述水箱的循环水冷却。8.根据权利要求7所述的电解水制氢低温启停装置，其特征在于，所述冷却组件还包括换热器，所述换热器的内部与所述水箱的内部和所述蠕动泵的进液端均相连通，且所述冷却件连接于所述换热器。9.根据权利要求8所述的电解水制氢低温启停装置，其特征在于，所述开关组件还包括第一开关和第二开关，所述第一开关设置于所述换热器上，并连接于所述换热器，所述第二开关设置于所述氮气瓶的出气端上，并连接于所述氮气瓶。10.根据权利要求9所述的电解水制氢低温启停装置，其特征在于，还包括控制组件，所述控制组件与所述加热件、第一温度监测单元、第二温度监测单元、第三温度监测单元、第一开关及第二开关均相连接。

技术总结

本实用新型公开了一种电解水制氢低温启停装置，包括：水箱组件、电解槽组件及开关组件，水箱组件包括水箱、加热件及第一温度监测单元，加热件内置于水箱，用于加热水，第一温度监测单元连接于水箱，用于监测水箱内水的温度，电解槽组件包括电解槽、温度监测件、电源及吹除件，电解槽的进液端和出液端均与水箱的内部相连通，温度监测件连接与电解槽，用于监测流经电解槽的水的温度，电源连接于电解槽，用于为电解槽供电，吹除件连接于电解槽，用于吹除电解槽内部的水，开关组件包括球阀开关，球阀开关设置于电解槽的进液端上，用于将电解槽的进液端与水箱的内部相连通或相断开。本实用新型能解决因结冰导致质子交换膜的使用寿命受影响的问题。受影响的问题。受影响的问题。