质子交换膜电解水系统及其控制方法与流程

本发明涉及电解水，具体涉及一种质子交换膜电解水系统及其控制方法。

背景技术：

1、随着氢能产业的不断推广，电解水系统也逐渐走入大众的视野，质子交换膜电解水系统因其无污染/响应快的特点被现有新能源发电系统所青睐。现有质子交换膜电解水系统运行温度一般为环境温度10℃或者以上，因为在低温甚至零下条件下，电解用去离子水会结冰，导致电解槽以及其他零部件出现损坏。

2、综上，现有的质子交换膜电解水系统无法在低温条件下正常工作。

技术实现思路

1、有鉴于此，有必要提供一种质子交换膜电解水系统及其控制方法，用以解决现有的质子交换膜电解水系统无法在低温条件下正常工作的技术问题。

2、为了解决上述问题，一方面，本发明提供了一种质子交换膜电解水系统，包括：依次连通的储水箱、补水泵、纯水过滤器、纯水补给阀、氧气侧气液分离罐和质子交换膜电解槽，以及依次连通的氢气储气罐、氢气输出控制总阀和氢气侧气液分离罐；

3、所述储水箱中设置有加热器、第一液位传感器和温度传感器且进口管道上设置有进水阀，所述氢气侧气液分离罐还与所述质子交换膜电解槽连通，所述纯水过滤器与所述氧气侧气液分离罐之间设置有纯水补给阀，所述质子交换膜电解槽还通过循环水控制阀连通氧气储气罐。

4、在一种可能的实现方式中，质子交换膜电解水系统，还包括：第一入口温度压力传感器、第二入口温度压力传感器、纯水循环水泵、热交换器、散热器循环水泵、散热器和循环水控制阀，所述散热器循环水泵、所述散热器以及所述热交换器的冷媒出口和冷媒进口连通形成回路；

5、所述纯水循环水泵的一端通过所述氧气储气罐与所述氧气侧气液分离罐连通，所述纯水循环水泵的另一端通过所述散热器热媒进口和热媒出口与所述质子交换膜电解槽连通；

6、所述第一入口温度压力传感器设置在所述氧气侧气液分离罐中，所述第二入口温度压力传感器设置在所述热交换器与所述质子交换膜电解槽之间的管道上；

7、所述循环水控制阀设置在所述纯水循环水泵与所述热交换器之间的管道上。

8、在一种可能的实现方式中，质子交换膜电解水系统，还包括：

9、第二液位传感器，以及依次串联在所述氢气侧气液分离罐和所述氢气储气罐之间的加热器和分水器，所述分水器还与所述氢气侧气液分离罐连通，所述第二液位传感器设置在所述氢气侧气液分离罐中。

10、在一种可能的实现方式中，质子交换膜电解水系统，还包括：

11、干燥器、除氧器、高纯氢气输出控制阀、氢气废气排放阀、含氧量传感器、氧气废气排放阀和氧气输出控制阀；

12、所述氢气储气罐、所述干燥器和所述除氧器依次串联，所述高纯氢气输出控制阀、所述氢气废气排放阀和所述含氧量传感器均设置在所述除氧器的输出端管道上；

13、所述氧气废气排放阀和所述氧气输出控制阀分别设置在所述氧气储气罐的两个输出管道上。

14、在一种可能的实现方式中，质子交换膜电解水系统，还包括：纯水回收阀、氢气排水控制阀和储水箱放水阀；

15、所述纯水循环水泵的输出端通过所述纯水回收阀与所述储水箱连通，所述氢气侧气液分离罐通过所述氢气排水控制阀与所述储水箱连通，所述储水箱放水阀设置在所述储水箱的出口管道上。

16、另一方面，本发明还提供一种质子交换膜电解水系统的控制方法，所述方法应用于上述任一项所述的系统中，所述方法包括：

17、获取第一液位传感器采集的储水箱水位和温度传感器采集的储水箱水温；

18、在确定所述储水箱水温低于第一预设温度阈值且所述储水箱水位高于第一预设液位阈值的情况下，控制储水箱中的加热器进行加热；

19、控制氢气输出控制总阀开启；

20、控制纯水补给阀和补水泵开启；

21、在确定第一入口温度压力传感器采集的所述氧气侧气液分离罐中的水位高于第二预设液位阈值的情况下，控制循环水控制阀开启；

22、控制所述质子交换膜电解槽开始工作。

23、在一种可能的实现方式中，质子交换膜电解水系统的控制方法，还包括：

24、获取含氧量传感器采集的氧浓度低于预设氧浓度阈值的情况下，控制直流电源增加输出至所述质子交换膜电解槽的电流；

25、控制氢气废气排放阀关闭，并控制高纯氢气输出控制阀开启，以及控制氧气废气排放阀关闭，并控制氧气输出控制阀开启。

26、在一种可能的实现方式中，质子交换膜电解水系统的控制方法，还包括：

27、获取第一入口温度压力传感器采集的所述氧气侧气液分离罐的水温和水位；

28、基于所述氧气侧气液分离罐的水温，对所述储水箱内加热器的加热功率进行控制；

29、基于所述氧气侧气液分离罐的水位，对所述补水泵的转速和储水箱的进水阀的开关时间进行控制。

30、在一种可能的实现方式中，质子交换膜电解水系统的控制方法，还包括：

31、获取第二入口温度压力传感器采集的所述质子交换膜电解槽的进口水温，基于所述进口水温和所述氧气侧气液分离罐的水温，对纯水循环水泵的转速进行控制；

32、在确定所述质子交换膜电解槽的温度达到第二预设温度阈值的情况下，控制散热器循环水泵和散热器开始工作。

33、在一种可能的实现方式中，质子交换膜电解水系统的控制方法，还包括：

34、在确定质子交换膜电解水系统需要停止工作的情况下，控制所述储水箱的进水阀和加热器关闭，并基于标定参数调整用于给所述质子交换膜电解水系统供电的直流电源的输出功率；

35、在确定所述储水箱水位低于第三预设水位阈值的情况下，控制补水泵停止运转，并控制纯水补给阀关闭，且根据标定参数调整散热器循环水泵和散热器风扇的转速。

36、采用上述实现方式的有益效果是：本发明提供的质子交换膜电解水系统及其控制方法，通过第一液位传感器采集储水箱水位，通过温度传感器采集的储水箱水温，当检测到液位高于传感器的低液位上限时，开启加热器对储水箱内的纯水进行加热，保证在低温环境下，储水箱可以正常给质子交换膜电解槽进行供水，避免储水箱中的纯水结冰而无法使用，进一步还可以控制氢气输出控制总阀开启，以将所述储水箱中的热水送入氢气侧气液分离罐，以及控制纯水补给阀和补水泵开启，以将所述储水箱中的热水送入氧气侧气液分离罐；当检测到注入氧气侧分水罐中的纯水液位高于传感器的低液位下限时，开启循环水控制阀，并启动纯水循环泵，以将所述氧气侧气液分离罐中的热水送入质子交换膜电解槽，从而帮助质子交换膜电解槽生产氧气和氢气。

37、本发明通过第一液位传感器采集储水箱水位，通过温度传感器采集的储水箱水温，并通过加热器对储水箱中的纯水进行加热，实现将加热的纯水送入质子交换膜电解槽生产氧气和氢气，避免储水箱中的水因低温结冰而无法使用。

技术特征：

1.一种质子交换膜电解水系统，其特征在于，包括：依次连通的储水箱、补水泵、纯水过滤器、纯水补给阀、氧气侧气液分离罐和质子交换膜电解槽，以及依次连通的氢气储气罐、氢气输出控制总阀和氢气侧气液分离罐；

2.根据权利要求1所述的质子交换膜电解水系统，其特征在于，还包括：第一入口温度压力传感器、第二入口温度压力传感器、纯水循环水泵、热交换器、散热器循环水泵、散热器和循环水控制阀，所述散热器循环水泵、所述散热器以及所述热交换器的冷媒出口和冷媒进口连通形成回路；

3.根据权利要求1所述的质子交换膜电解水系统，其特征在于，还包括：第二液位传感器，以及依次串联在所述氢气侧气液分离罐和所述氢气储气罐之间的加热器和分水器，所述分水器还与所述氢气侧气液分离罐连通，所述第二液位传感器设置在所述氢气侧气液分离罐中。

4.根据权利要求1所述的质子交换膜电解水系统，其特征在于，还包括：干燥器、除氧器、高纯氢气输出控制阀、氢气废气排放阀、含氧量传感器、氧气废气排放阀和氧气输出控制阀；

5.根据权利要求1所述的质子交换膜电解水系统，其特征在于，还包括：纯水回收阀、氢气排水控制阀和储水箱放水阀；

6.一种质子交换膜电解水系统的控制方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-5任一项所述的系统中，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的质子交换膜电解水系统的控制方法，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求6所述的质子交换膜电解水系统的控制方法，其特征在于，还包括：

9.根据权利要求6所述的质子交换膜电解水系统的控制方法，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求6所述的质子交换膜电解水系统的控制方法，其特征在于，还包括：

技术总结本发明提供一种质子交换膜电解水系统及其控制方法，属于电解水技术领域，该系统包括：依次连通的储水箱、补水泵、纯水过滤器、纯水补给阀、氧气侧气液分离罐和质子交换膜电解槽，以及依次连通的氢气储气罐、氢气输出控制总阀和氢气侧气液分离罐；储水箱中设置有加热器、第一液位传感器和温度传感器且进口管道上设置有进水阀，氢气侧气液分离罐还与质子交换膜电解槽连通，纯水过滤器与氧气侧气液分离罐之间设置有纯水补给阀，质子交换膜电解槽还通过循环水控制阀连通氧气储气罐。本发明通过加热器对储水箱内的纯水加热，保证在低温环境下储水箱可以正常供水，解决质子交换膜电解水系统无法在低温条件下正常工作的问题。技术研发人员：王安,刘长来,夏诗忠,陈念,谢金水,徐一帆受保护的技术使用者：骆驼集团武汉光谷研发中心有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29