一种电解槽制氢用的加热器的制作方法-尊龙凯时官方app下载

文档序号:36173773发布日期:2023-11-24 17:58阅读:44来源:国知局
一种电解槽制氢用的加热器的制作方法
一种电解槽制氢用的加热器、电解装置和电解系统
技术领域
1.本发明实施例涉及电解技术领域,尤其涉及一种电解槽制氢用的加热器

电解装置和电解系统



背景技术:

2.在能源转型中,氢能具绿色与高效的特点,在目前的各种制氢技术中,电解水制氢因其产品纯度高

技术成熟

可实现大规模分布式利用

容易与可再生能源耦合等特点,成为未来氢能产业发展的战略方向

3.目前电解水制氢中使用最为普遍的为碱液电解槽,电解液的电导率在一定范围内随着温度的升高而增加,随温度降低而下降

电解槽停车后,电解液因自然散热而温度降低,导致电导率下降,重新启动时电解液的升温较慢,无法快速提升负荷

4.针对这一问题现有技术中,通过在电解系统中增设加热旁路,利用加热旁路对电解液升温,但加热旁路需要对原有的电解系统进行复杂的管路改造,这显然也增加了运行及改造成本,不利于实现降本增效的目标



技术实现要素:

5.本发明提供一种电解槽制氢用的加热器

电解装置和电解系统,优化了电解槽冷启动的电解液加热过程,降低应用功耗,同时加热器相当于串联在电解槽的通路系统中,也降低管道布局的复杂性,实现现场安装快插快换,便于前期的布置

后期加热器的维护更换,降低了布局成本

6.第一方面,本发明实施例提供一种电解槽制氢用的加热器,包括:加热器本体

开关模块

进液管道和出液管道;其中,所述开关模块包括第一开关单元和第二开关单元;
7.所述加热器本体上设置出液端和进液端,所述第一开关单元的第一端

所述出液端和所述出液管道的第一端形成三通连接;
8.所述第一开关单元的第二端

所述第二开关单元的第一端和所述进液管道的第一端形成三通连接;所述第二开关单元的第二端与所述进液端连接

9.可选的,所述的电解槽制氢用的加热器,还包括:控制单元和第一温度传感器;所述加热器本体上设置第一温度传感器;所述控制单元与所述第一温度传感器连接,所述控制单元用于根据所述第一温度传感器的温度数据对加热器的加热功率进行调控

10.可选的,所述的电解槽制氢用的加热器,还包括第二温度传感器;所述出液管道的另一端与电解槽的输入端之间的管道上设置所述第二温度传感器;所述第二温度传感器用于检测进入所述电解槽的电解液温度

11.可选的,所述的电解槽制氢用的加热器,还包括液位流量传感单元,所述液位流量传感单元设置在所述进液管道的第一端与所述第二开关单元的第一端之间;所述液位流量传感单元用于检测所述加热器本体的进液端的液位以及流量传感参数

12.可选的,所述开关模块还包括第三开关单元;
13.所述第一开关单元的第二端

所述第二开关单元的第一端和所述第三开关单元的第一端形成三通连接,所述第三开关单元的第二端与所述进液管道连接

14.可选的,所述开关模块为三通阀门

15.第二方面,本发明实施例提供一种电解装置,包括本发明任意实施例所述的电解槽制氢用的加热器

一个或多个电解槽

第一分离器

第二分离器

输出管线和返回管线;
16.所述进液管道的第二端与所述输出管线连接;所述输出管线用于导流电解液,所述出液管道的第二端与所述电解槽的输入端连接;所述电解槽的第一输出端与所述第一分离器连接,所述电解槽的第二输出端与所述第二分离器连接,所述第一分离器和所述第二分离器的输出端均与所述返回管线连接

17.本发明实施例还提供一种电解装置,包括本发明任意实施例所述的电解槽制氢用的加热器

一个或多个电解槽

第一分离器

第二分离器

输出管线和返回管线;
18.所述进液管道的第二端与所述输出管线连接;所述输出管线用于导流电解液,所述出液管道的第二端与所述返回管线连接;所述电解槽的第一输出端与所述第一分离器连接,所述电解槽的第二输出端与所述第二分离器连接,所述第一分离器和所述第二分离器的输出端均与所述返回管线连接

19.可选的,所述第一分离器为氧气分离器,所述第二分离器为氢气分离器

20.第三方面,本发明实施例还提供一种电解系统,包括本发明任意实施例所述的电解装置

21.本发明实施例提供的技术方案,通过第一开关单元的第一端

出液端和出液管道的第一端形成三通连接;第一开关单元的第二端

第二开关单元的第一端和进液管道的第一端形成三通连接;第二开关单元的第二端与进液端连接,因此通过改变第一开关单元和第二开关单元的导通截止状态,实现大

小循环通路的切换,可以优化电解槽冷启动的电解液加热过程,降低应用功耗,同时加热器相当于串联在电解槽的通路系统中,也降低管道布局的复杂性,实现现场安装快插快换,便于前期的布置

后期加热器的维护更换,降低了布局成本

附图说明
22.图1为本发明实施例提供一种电解槽制氢用的加热器的结构示意图;
23.图2为本发明实施例提供一种电解装置的连接结构示意图;
24.图3为本发明实施例提供又一种电解槽制氢用的加热器的结构示意图;
25.图4为本发明实施例提供又一种电解装置的连接结构示意图;
26.图5为本发明实施例提供又一种电解装置的连接结构示意图;
27.图6为本发明实施例提供又一种电解装置的连接结构示意图;
28.图7为本发明实施例提供又一种电解装置的连接结构示意图;
29.图8为本发明实施例提供又一种电解装置的连接结构示意图

具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的

技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明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
本发明一部分实施例,而不是全部的实施例

基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围

31.目前电解水制氢中使用最为普遍的为碱液电解槽,电解液的电导率在一定范围内随着温度的升高而增加,随温度降低而下降

电解槽停车后,电解液因自然散热而温度降低,导致电导率下降,重新启动时电解液的升温较慢,无法快速提升负荷

如果在电解槽重启后能快速提高电解液的温度,则可以实现快速响应

32.针对这一问题现有技术中,通过在电解系统中增设加热旁路,利用加热旁路对电解液升温,但加热旁路需要对原有的电解系统进行复杂的管路改造,这显然也增加了运行及改造成本,不利于实现降本增效的目标

33.有鉴于此,图1为本发明实施例提供一种电解槽制氢用的加热器的结构示意图,参见图1,包括:加热器本体
110、
开关模块
120、
进液管道
130
和出液管道
140
;其中,开关模块
120
包括第一开关单元
121
和第二开关单元
122

34.加热器本体
110
上设置出液端
150
和进液端
160
,第一开关单元
121
的第一端

出液端
150
和出液管道
140
的第一端形成三通连接;
35.第一开关单元
121
的第二端

第二开关单元
122
的第一端和进液管道
130
的第一端形成三通连接;第二开关单元
122
的第二端与进液端
160
连接

36.具体的,加热器本体
110
还设置有电加热法兰和电加热管,加热器本体
110
上设置出液端
150
和进液端
160
,电解液通过进液端
160
可以进入加热器本体
110
,由电加热法兰和电加热管加热,再由出液端
150
流出

本发明实施例示例性的,加热器本体
110
可以采用筒体结构,利用筒体结构增大内部可加热的电解液体积,筒体结构以矩阵形式进行排列,便于利用外部框架进行固定

进液端
160
可以经第二开关单元
122
分别与第一开关单元
121
的第二端和进液管道
130
的第一端通路连接,从而第二开关单元
122
的第一端

第一开关单元
121
的第二端和进液管道
130
的第一端形成一个三通连接

同样的,第一开关单元
121
的第一端

出液管道
140
的第一端和出液端
150
形成一个三通连接

因此,通过改变第一开关单元
121
和第二开关单元
122
的导通或截止状态,则可以改变电解液的流过通路,实现对电解液进行加热升温或旁通不加热

37.为了便于说明加热器的实际工作原理,示例性的,图2为本发明实施例提供一种电解装置的连接结构示意图,参见图2,包括上述的加热器

电解槽
210、
第一分离器
220、
第二分离器
230、
输出管线
240
和返回管线
250
返回管线
250
;进液管道
130
的第二端与输出管线
240
连接;出液管道
140
的第二端与电解槽
210
的输入端连接,电解槽
210
的第一输出端与第一分离器
220
连接,电解槽
210
的第二输出端与第二分离器
230
连接,第一分离器
220
和第二分离器
230
的输出端均与返回管线
250
连接

输出管线
240
用于导流输出电解液,当电解槽
210
停车后或当前电解液温度过低进行电解槽
210
启动时,则截止第一开关单元
121
,导通第二开关单元
122
,此时电解液由进液管道
130、
进液端
160
进入加热器本体
110
,由电加热法兰和电加热管加热,再由出液端
150
流出,流至电解槽
210
,在电能和阴
/
阳电极的作用下,电解槽
210
的电解液发生分解,分别在小室的阴极和阳极产生氢气和氧气

电解槽
210
的第一输出端和第二输出端分别输出携带电解液的氢气和氧气,分别进入第一分离器
220
和第二分离器
230
进行气液分离,出分离器后的氢气和氧气,然后再进行后续处理

而被分离的碱液再由返回管线
250
流至电解液回收位置

38.为了便于区分,可以将截止第一开关单元
121
,导通第二开关单元
122
的状态记为大循环通路,加热器布置在电解槽
210
输入前端,相当于将加热器串联在电解槽
210
的通路系统中,冷启动时开启大循环通路,采用加热器对电解液进行快速加热,有效降低冷启动时间,在短时间内电解槽
210
的制氢量提升至额定产量,达到快速制氢的目的

39.当电解液温度达到目标温度时,可以选择导通第一开关单元
121
,截止第二开关单元
122
,加热器电源关闭,此时电解液由进液管道
130、
第一开关单元
121
和出液管道
140
流至电解槽
210
,该通路可以记为小循环通路,电解液被旁通不流过加热器,从而电解液的流阻降低,电解液的流动更顺畅,相应的水泵运行功耗也会降低

通过大循环通路和小循环通路的切换,优化电解槽
210
冷启动的电解液加热过程,降低应用功耗,同时加热器相当于串联在电解槽
210
的通路系统中,也降低管道布局的复杂性,便于前期的布置

后期加热器的维护更换,降低了布局成本

40.本发明实施例提供的技术方案,通过第一开关单元的第一端

出液端和出液管道的第一端形成三通连接;第一开关单元的第二端

第二开关单元的第一端和进液管道的第一端形成三通连接;第二开关单元的第二端与出液端连接,因此通过改变第一开关单元和第二开关单元的导通截止状态,实现大

小循环通路的切换,可以优化电解槽冷启动的电解液加热过程,降低应用功耗,同时加热器相当于串联在电解槽的通路系统中,也降低管道布局的复杂性,实现现场安装快插快换,便于前期的布置

后期加热器的维护更换,降低了布局成本

41.可选的,电解槽
210
制氢用的加热器还包括:控制单元和第一温度传感器;加热器本体
110
上设置第一温度传感器;控制单元与第一温度传感器连接,控制单元用于根据第一温度传感器的温度数据对加热器的加热功率进行调控

42.具体的,加热器本体
110
设置第一温度传感器,第一温度传感器的个数不做限定,为了更全面获取数据,可以利用分布式的布局第一温度传感器,利用第一温度传感器检测加热器本体
110
的加热温度,控制单元可以集成在加热器本体
110
的电控系统中,也可以独立的设置在外部计算机设备,通过有线或无线的方式与第一温度传感器通讯连接,控制单元接收第一温度传感器的温度数据,通过控制单元采用计算机控制算法,例如
pid(
比例

积分和微分
)
的控制算法,根据第一温度传感器的温度数据实现加热器的加热功率的自动调节,使电解液满足冷启动和保温工况下的温度要求

43.可选的,电解槽
210
制氢用的加热器,还包括第二温度传感器;示例性的,参见图2,出液管道
140
的另一端与电解槽
210
的输入端之间的管道上设置第二温度传感器;第二温度传感器用于检测进入电解槽
210
的电解液温度

44.具体的,第二温度传感器设置在出液管道
140
和电解槽
210
的输入端之间,第二温度传感器可以实时采集流入电解槽
210
的电解液温度,因此,控制单元根据加热器本体
110
的加热温度和流入电解槽
210
的电解液温度,更加精确的控制电解液温度,例如第一温度传感器采集的加热器本体
110
的加热温度为
40℃
,满足电解液的目标温度
40℃
,但经过管路运输后,温度有所下降导致在进入电解槽
210
前,第二温度传感器采集温度为
35℃
,显然不满足要求,从而影响制氢效率

因此控制温度根据第一温度传感器和第二温度传感器的采集温度,调节加热器的加热功率,实现精准控温

45.继续参见图1,可选的,电解槽
210
制氢用的加热器,还包括液位流量传感单元
170

液位流量传感单元
170
设置在进液管道
130
的第一端与第二开关单元
122
的第一端之间;液位流量传感单元
170
用于检测加热器本体
110
的进液端
160
的液位以及流量传感参数

46.具体的,在应用大循环通路时,此时电解液由进液管道
130、
进液端
160
进入加热器本体
110
,由电加热法兰和电加热管加热,再由出液端
150
流出至电解槽
210。
电解液由加热器快速加热,在进液管道
130
的一端与第二开关单元
122
的第一端之间设置液位流量传感单元
170
,通过液位流量传感单元
170
检测进液端
160
电解液的液位,当在应用大循环通路时,若检测出液位低于安全液位,则可能由于第二开关单元
122
未导通或电解液不足导致,此时液位流量传感单元
170
可以进行报警提示,避免加热器干烧,降低加热器故障率

液位流量传感单元
170
还可以检测进液端
160
的流量参数,从而实时可以监控电解液的流量数据

47.图3为本发明实施例提供又一种电解槽制氢用的加热器的结构示意图,参见图3,图4为本发明实施例提供又一种电解装置的连接结构示意图,图5为本发明实施例提供又一种电解装置的连接结构示意图,参见图
3、
图4和图5,开关模块
120
还包括第三开关单元
123
;第一开关单元
121
的第二端

第二开关单元
122
的第一端和第三开关单元
123
的第一端形成三通连接,第三开关单元
123
的第二端与进液管道
130
连接

48.具体的,进液管道
130
的第二端与输出管线
240
连接;出液管道
140
的第二端与电解槽
210
的输入端连接,电解槽
210
的第一输出端与第一分离器
220
连接,电解槽
210
的第二输出端与第二分离器
230
连接,第一分离器
220
和第二分离器
230
的输出端均与返回管线
250
连接

输出管线
240
用于导流输出电解液,当电解槽
210
停车后或当前电解液温度过低进行电解槽
210
启动时,则截止第一开关单元
121
,导通第二开关单元
122
和第三开关单元
123
,此时电解液由进液管道
130、
进液端
160
进入加热器本体
110
,由电加热法兰和电加热管加热,再由出液端
150
流出

流至电解槽
210
,在电能和阴
/
阳电极的作用下,电解槽
210
的电解液发生分解,分别在小室的阴极和阳极产生氢气和氧气

电解槽
210
的第一输出端和第二输出端分别输出携带电解液的氢气和氧气,分别进入第一分离器
220
和第二分离器
230
进行气液分离,出分离器后的氢气和氧气,然后再进行后续处理

而被分离的碱液再由返回管线
250
流至电解液回收位置

49.为了便于区分,可以将截止第一开关单元
121
,导通第二开关单元
122
和第三开关单元
123
的状态仍记为大循环通路,加热器布置在电解槽
210
输入前端,相当于将加热器串联在电解槽
210
的通路系统中,冷启动时开启大循环通路,采用加热器对电解液进行快速加热,有效降低冷启动时间,在短时间内电解槽
210
的制氢量提升至额定产量,达到快速制氢的目的

50.当电解液温度达到目标温度时,可以选择导通第一开关单元
121
和第三开关单元
123
,截止第二开关单元
122
,加热器电源关闭,此时电解液由进液管道
130、
第一开关单元
121
和出液管道
140
流至电解槽
210
,该通路可以记为小循环通路,电解液被旁通不流过加热器,从而电解液的流阻降低,电解液的流动更顺畅,相应的水泵运行功耗也会降低

通过大循环通路和小循环通路的切换,优化电解槽
210
冷启动的电解液加热过程,降低应用功耗,同时加热器相当于串联在电解槽
210
的通路系统中,也降低管道布局的复杂性,便于前期的布置

后期加热器的维护更换,降低了布局成本

通过增设第三开关单元
123
,在管道布局过程中,可以截断输出管线
240
与加热器的通路,通过截止第一开关单元
121、
第二开关单元
122
和第三开关单元
123
,避免液体流入加热器,提高安装时的便捷性,进一步提高加热器的
快插快安特性

其中,示例性的,开关模块
120
可以选用三通阀门
124
,利用三通阀门
124
代替分立的第一开关单元
121、
第二开关单元
122
和第三开关单元
123。
51.本发明实施例还提供一种电解装置,参见图2或图4,包括本发明任意实施例的加热器

一个或多个电解槽
210、
第一分离器
220、
第二分离器
230、
输出管线
240
和返回管线
250

52.进液管道
130
的第二端与输出管线
240
连接;输出管线
240
用于导流电解液,出液管道
140
的第二端与电解槽
210
的输入端连接;电解槽
210
的第一输出端与第一分离器
220
连接,电解槽
210
的第二输出端与第二分离器
230
连接,第一分离器
220
和第二分离器
230
的输出端均与返回管线
250
连接

53.具体的,输出管线
240
用于导流输出电解液,当电解槽
210
停车后或当前电解液温度过低进行电解槽
210
启动时,若以图2为例则截止第一开关单元
121
,导通第二开关单元
122
,若以图4为例则截止第一开关单元
121
,导通第二开关单元
122
和第三开关单元
123
,此时电解液由进液管道
130、
进液端
160
进入加热器本体
110
,由电加热法兰和电加热管加热,再由出液端
150
流出,流至电解槽
210。
在电能和阴
/
阳电极的作用下,电解槽
210
的电解液发生分解,分别在小室的阴极和阳极产生氢气和氧气

电解槽
210
的第一输出端和第二输出端分别输出携带电解液的氢气和氧气,分别进入第一分离器
220
和第二分离器
230
进行气液分离,出分离器后的氢气和氧气,示例性的,第一分离器
220
为氢气分离器,第二分离器
230
为氧气分离器

然后再进行后续处理

而被分离的碱液再由返回管线
250
流至电解液回收位置

54.为了便于区分,可以将截止第一开关单元
121
,导通第二开关单元
122
;或,截止第一开关单元
121
,导通第二开关单元
122
和第三开关单元
123
的状态记为大循环通路

此时加热器布置在电解槽
210
输入的前端,相当于将加热器串联在电解槽
210
的通路系统中,冷启动时开启大循环通路,加热器对电解液进行快速加热

55.当电解液温度达到目标温度时,若以图2为例则导通第一开关单元
121
,截止第二开关单元
122
,若以图4为例则导通第一开关单元
121
,截止第二开关单元
122
和第三开关单元
123
,加热器电源关闭,此时电解液由进液管道
130、
第一开关单元
121
和出液管道
140
流至电解槽
210
,该通路可以记为小循环通路,电解液被旁通不流过加热器,从而电解液的流阻降低,电解液的流动更顺畅,相应的水泵运行功耗也会降低

通过大循环通路和小循环通路的切换,优化电解槽
210
冷启动的电解液加热过程,降低应用功耗,同时加热器相当于串联在电解槽
210
的通路系统中,也降低管道布局的复杂性,便于前期的布置

后期加热器的维护更换,降低了布局成本

56.图6为本发明实施例提供又一种电解装置的连接结构示意图,图7为本发明实施例提供又一种电解装置的连接结构示意图,参见图6和图7,包括本发明任意实施例的加热器

一个或多个电解槽
210、
第一分离器
220、
第二分离器
230、
输出管线
240
和返回管线
250

57.进液管道
130
的第二端与输出管线
240
连接;输出管线
240
用于导流电解液,出液管道
140
的第二端与返回管线
250
连接;电解槽
210
的第一输出端与第一分离器
220
连接,电解槽
210
的第二输出端与第二分离器
230
连接,第一分离器
220
和第二分离器
230
的输出端均与返回管线
250
连接

58.具体的,输出管线
240
用于导流输出电解液,当电解槽
210
停车后或当前电解液温
度过低进行电解槽
210
启动时,若以图6为例则截止第一开关单元
121
,导通第二开关单元
122
,若以图7为例则截止第一开关单元
121
,导通第二开关单元
122
和第三开关单元
123
,示例性的,图8为本发明实施例提供又一种电解装置的连接结构示意图,参见图8,还可以利用三通阀门
124
代替分立的第一开关单元
121、
第二开关单元
122
和第三开关单元
123。
此时电解液由进液管道
130、
进液端
160
进入加热器本体
110
,由电加热法兰和电加热管加热,再由出液端
150
流出,返回至返回管线
250
,若此时温度仍未达到要求,则再次由进液管道
130、
进液端
160
进入加热器本体
110。
59.当电解液温度达到目标温度时,若以图6为例则导通第一开关单元
121
,截止第二开关单元
122
,若以图7为例则导通第一开关单元
121
和第三开关单元
123
,截止第二开关单元
122
,加热器电源关闭,此时电解液由进液管道
130、
第一开关单元
121
和出液管道
140
流至电解槽
210
,电解液被旁通不流过加热器,从而电解液的流阻降低,电解液的流动更顺畅,相应的水泵运行功耗也会降低

通过大循环通路和小循环通路的切换,优化电解槽
210
冷启动的电解液加热过程,降低应用功耗,同时加热器相当于串联在电解槽
210
的通路系统中,也降低管道布局的复杂性,便于前期的布置

后期加热器的维护更换,降低了布局成本

此时加热器相当于布置在电解槽
210
输出的后端,确保电解液加热至目标温度后再进入电解槽
210。
60.本发明实施例还提供一种电解系统,包括本发明任意实施例的电解装置

因其具有本发明任意实施例的电解装置,因此具有相同的有益效果,在此不再赘述

61.最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围

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