一种PEM电解槽测试系统的制作方法

本发明涉及电解槽测试，具体为一种pem电解槽测试系统。

背景技术：

1、为实现“双碳”目标，近年来光伏、风电等可再生能源蓬勃发展，电解水制氢作为电力系统的灵活性资源，一方面可实现可再生能源大规模消纳，另一方面可替代化石能源制氢，助力化工、钢铁等行业的深度脱碳和绿色转型，国内即将建设多个百mw级可再生能源电解水制氢示范工程，亟需对电解水制氢系统及核心设备电解槽的性能进行测试评价。

2、常见电解槽类型分碱性(alk)、质子交换膜(pem)、阴离子交换膜(aem)和固体氧化物(soe)四种，现阶段alk和pem处于商业化阶段，aem和soe仍处于实验室阶段。pem制氢系统由于其具备电流密度大、占地面积小、无污染、启停快等优点，更适合与波动的可再生能源匹配，近年来得到广泛关注，正在向单槽大功率方向发展。对应地，为适应大功率pem电解槽测试需求，pem电解槽测试系统需要在排水系统及控制方法上进行优化。

3、去离子水(又称纯水)是pem电解水的原料，同时又在阳极循环，以带走电解槽内产生的氧气和热量。此外，由于pem电解槽内部质子交换膜具有透水性，电解槽运行过程中，大量水通过渗透及h+的拖曳作用，从质子交换膜的阳极侧到达阴极侧，常见的电解槽测试系统通常将这部分水直接向外排放，由于大功率电解槽测试系统排水量较大，而且这部分水又处于高压下，水内溶解有大量氢气，直接排放后，氢气会在排水沟内析出，造成安全隐患，而且大量的水直接排掉也比较浪费；例如公布号为cn115537874a的中国发明专利文献公开了一种耐高压、耐腐蚀pem电解槽测试系统及测试方法，该测试系统中也是将氢侧的水直接向外排放，同样存在上述问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于如何保证氢侧水的排放安全。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种pem电解槽测试系统，包括pem电解槽、氧气分离器、氢气分离器、阳极循环管路模块、第一气液分离模块，所述pem电解槽的氧气输出端连接氧气分离器，所述氧气分离器还通过阳极循环管路模块与pem电解槽连接，所述pem电解槽的氢气输出端连接氢气分离器，所述氢气分离器的排水端与第一气液分离模块连接，所述第一气液分离模块的氢气输出端与氢气分离器的氢气输出端连通；

4、所述阳极循环管路模块包括阳极循环管路、第一循环泵、第一加热器、第一换热器、第一去离子器，所述氧气分离器通过阳极循环管路与pem电解槽连接，所述阳极循环管路上依次串联设置有第一循环泵、第一加热器、第一换热器，所述第一换热器与pem电解槽之间的阳极循环管路上并联设置有第一去离子器。

5、通过第一气液分离模块的设置，将从氢气分离器中排出的高压水闪蒸出氢气，根据亨利定律，闪蒸后低压液态水中氢气的溶解度非常低，可以直接排放到地沟，且不会在地沟内析出氢气，保证了该槽测试系统氢侧水的排放安全。

6、另外，将传统pem电解槽测试系统中去离子器与循环泵串联的型式改为并联型式，在该测试系统冲洗等操作时，可以断开第一去离子器，避免系统冲洗时对第一去离子器内的树脂造成污染。

7、优选地，所述第一气液分离模块包括第一气液分离罐、第一进水阀、第一排气阀和第一排水阀，所述第一气液分离罐的输入端连接氢气分离器的排水端，所述第一气液分离罐的输入端设置有第一进水阀，所述第一气液分离罐的氢气输出端与氢气分离器的氢气输出端连通，所述第一气液分离罐的氢气输出端设置有第一排气阀，所述第一气液分离罐的排水端设置有第一排水阀。

8、优选地，所述第一气液分离罐的排水端设置有第一原料水纯化装置55。

9、优选地，所述氧气分离器的的排水端还连接第二气液分离模块，所述第二气液分离模块包括第二气液分离罐、第二进水阀、第二排气阀、第二排水阀，所述第二气液分离罐的输入端连接氧气分离器的排水端，所述第二气液分离罐的输入端设置有第二进水阀，所述第二气液分离罐的氧气输出端与氧气分离器的氧气输出端连通，所述第二气液分离罐的氧气输出端设置有第二排气阀，所述第二气液分离罐的排水端还设置有第二排水阀。

10、优选地，所述第二气液分离罐的排水端还设置有第二原料水纯化装置75。

11、优选地，所述氢气分离器还通过阴极循环管路模块与pem电解槽连接，所述阴极循环管路模块包括阴极循环管路、第二循环泵、第二加热器、第二换热器、第二去离子器，所述氢气分离器通过阴极循环管路与pem电解槽连接，所述阴极循环管路上依次串联设置有第二循环泵、第二加热器、第二换热器，所述第二换热器与pem电解槽之间的阴极循环管路上并联设置有第二去离子器。

12、优选地，还包括电导率测量模块，所述电导率测量模块包括取样罐、第三气液分离罐、取样阀、第一电导率分析仪和第三排气阀，所述取样罐的输入端与阳极循环管路模块输出端连接，取样罐的输入端设置有取样阀，所述取样罐的输出端连接第三气液分离罐，所述第一电导率分析仪设置在取样罐的液相输出端，所述第三气液分离罐的氧气输出端与氧气分离器的氧气输出端连通，所述第三气液分离罐的氧气输出端设置有第三排气阀。

13、优选地，所述取样罐的氧气输出端与第三气液分离罐的氧气输出端连通。

14、优选地，所述第三气液分离罐还与氧气分离器连接。

15、优选地，还包括控制器，所述控制器电连接所述阳极循环管路模块和第一气液分离模块。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、1、通过第一气液分离模块的设置，将从氢气分离器中排出的高压水闪蒸出氢气，根据亨利定律，闪蒸后低压液态水中氢气的溶解度非常低，可以直接排放到地沟，且不会在地沟内析出氢气，保证了该槽测试系统氢侧水的排放安全。

18、2、将传统pem电解槽测试系统中去离子器与循环泵串联的型式改为并联型式，在该测试系统冲洗等操作时，可以断开第一去离子器，避免系统冲洗时对第一去离子器内的树脂造成污染。

19、3、通过第二气液分离罐的设置，将从氧气分离器中排出的高压水闪蒸出氧气，氧气通过第二排气阀安全排放，低压水通过第二排水阀安全排放。

20、4、通过取样罐的设置，并将第一电导率分析仪设置在取样罐的液相输出端，并将取样罐的液相输出端接至第三气液分离罐，实现电导率的低压取样测量。

技术特征：

1.一种pem电解槽测试系统，其特征在于：包括pem电解槽、氧气分离器、氢气分离器、阳极循环管路模块、第一气液分离模块，所述pem电解槽的氧气输出端连接氧气分离器，所述氧气分离器还通过阳极循环管路模块与pem电解槽连接，所述pem电解槽的氢气输出端连接氢气分离器，所述氢气分离器的排水端与第一气液分离模块连接，所述第一气液分离模块的氢气输出端与氢气分离器的氢气输出端连通；

2.根据权利要求1所述的一种pem电解槽测试系统，其特征在于：所述第一气液分离模块包括第一气液分离罐、第一进水阀、第一排气阀和第一排水阀，所述第一气液分离罐的输入端连接氢气分离器的排水端，所述第一气液分离罐的输入端设置有第一进水阀，所述第一气液分离罐的氢气输出端与氢气分离器的氢气输出端连通，所述第一气液分离罐的氢气输出端设置有第一排气阀，所述第一气液分离罐的排水端设置有第一排水阀。

3.根据权利要求2所述的一种pem电解槽测试系统，其特征在于：所述第一气液分离罐的排水端设置有第一原料水纯化装置。

4.根据权利要求1所述的一种pem电解槽测试系统，其特征在于：所述氧气分离器的的排水端还连接第二气液分离模块，所述第二气液分离模块包括第二气液分离罐、第二进水阀、第二排气阀、第二排水阀，所述第二气液分离罐的输入端连接氧气分离器的排水端，所述第二气液分离罐的输入端设置有第二进水阀，所述第二气液分离罐的氧气输出端与氧气分离器的氧气输出端连通，所述第二气液分离罐的氧气输出端设置有第二排气阀，所述第二气液分离罐的排水端还设置有第二排水阀。

5.根据权利要求4所述的一种pem电解槽测试系统，其特征在于：所述第二气液分离罐的排水端还设置有第二原料水纯化装置。

6.根据权利要求1所述的一种pem电解槽测试系统，其特征在于：所述氢气分离器还通过阴极循环管路模块与pem电解槽连接，所述阴极循环管路模块包括阴极循环管路、第二循环泵、第二加热器、第二换热器、第二去离子器，所述氢气分离器通过阴极循环管路与pem电解槽连接，所述阴极循环管路上依次串联设置有第二循环泵、第二加热器、第二换热器，所述第二换热器与pem电解槽之间的阴极循环管路上并联设置有第二去离子器。

7.根据权利要求1所述的一种pem电解槽测试系统，其特征在于：还包括电导率测量模块，所述电导率测量模块包括取样罐、第三气液分离罐、取样阀、第一电导率分析仪和第三排气阀，所述取样罐的输入端与阳极循环管路模块输出端连接，取样罐的输入端设置有取样阀，所述取样罐的输出端连接第三气液分离罐，所述第一电导率分析仪设置在取样罐的液相输出端，所述第三气液分离罐的氧气输出端与氧气分离器的氧气输出端连通，所述第三气液分离罐的氧气输出端设置有第三排气阀。

8.根据权利要求7所述的一种pem电解槽测试系统，其特征在于：所述取样罐的氧气输出端与第三气液分离罐的氧气输出端连通。

9.根据权利要求7所述的一种pem电解槽测试系统，其特征在于：所述第三气液分离罐还与氧气分离器连接。

10.根据权利要求1所述的一种pem电解槽测试系统，其特征在于：还包括控制器，所述控制器电连接所述阳极循环管路模块和第一气液分离模块。

技术总结本发明公开了一种PEM电解槽测试系统，包括PEM电解槽、氧气分离器、氢气分离器、阳极循环管路模块、第一气液分离模块，所述PEM电解槽的氧气输出端连接氧气分离器，所述氧气分离器还通过阳极循环管路模块与PEM电解槽连接，所述PEM电解槽的氢气输出端连接氢气分离器，所述氢气分离器的排水端与第一气液分离模块连接，所述第一气液分离模块的氢气输出端与氢气分离器的氢气输出端连通。本发明的优点在于，该测试系统氢侧水可以直接排放到地沟，且不会在地沟内析出氢气，保证了该槽测试系统氢侧水的排放安全，还可以避免系统冲洗时对第一去离子器内的树脂造成污染。技术研发人员：张新建,阚宏伟,丁传茂受保护的技术使用者：科威尔技术股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/17