电解制氢用纯水循环供应系统的制作方法

本发明涉及电解制氢，特别涉及一种电解制氢用纯水循环供应系统。

背景技术：

1、相较于碱法制氢技术，质子交换膜(pem)纯水电解制氢技术因其具有电解纯水无污染、快速启动、产氢纯度高、波动适应性强、占地面积小等优点，成为当前制氢领域研究及工程应用的热点。

2、pem电解水制氢是利用电解水的原理，将水分子分解成氢气和氧气。在电解水的过程中，电流通过水中的电解质，使水分子分解成氢离子和氧离子。氢离子通过质子交换膜(pem)进入阳极室生成氢气，氧离子则进入阴极室生成氧气。pem电解槽(pem膜电极)为差压式设计，出氢一侧为高压(≥3mpa)，出氧一侧为常压，pem膜电极两侧压差达30倍以上。该差压式设计优势在于产氢纯度有保障，能达到99.999％以上，但是差压作用导致氢气容易渗透至氧气一侧，导致氧中氢含量增加，容易产生爆炸危险(氢气在氧中的爆炸范围为4％-93％)。由于目前国内电解槽核心部件——质子交换膜的生产质量与国外还具有一定差距，导致在电解纯水制氢过程中较多氢气会渗透至氧侧，易形成爆炸环境。因此，大多数pem制氢装置采用风机将空气抽入气液分离器(纯水水箱)将氢气稀释排出的方式来解决以上问题。然而这种将空气抽入纯水水箱的方式尽管有空气滤芯，但也会导致纯水电阻率急剧下降，使得pem制氢装置正常工作时纯水的电阻率长期保持在1mω·cm左右，甚至低于1mω·cm(而pem制氢装置一般要求纯水的电阻率大于10mω·cm)。此外，在纯水循环过程中，膜电极表层的催化剂在长时间运行中被冲刷下也会污染纯水水质，导致纯水电阻率进一步下降。在这种低电阻率的纯水长期循环运行下势必会加速电解槽寿命的衰减，而电解槽的成本占系统的70％以上，故更换解槽的成本较大。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种电解制氢用纯水循环供应系统，能根据纯水的电阻率值选择不同的管路供给纯水，能降低设备维护成本。

2、一种电解制氢用纯水循环供应系统，包括纯水供给单元、净化单元和电解单元，纯水供给单元的出水口与净化单元的进水口连接，净化单元的出水口与电解单元的进水口连接，电解单元的出水口与纯水供给单元的进水口连接；纯水供给单元包括排气模块和用以检测氧气中氢浓度的检测模块，排气模块与检测模块联动控制；当检测模块检测的氢浓度小于或等于第一报警值时，排气模块以第一排气速率进行排气；当检测模块检测的氢浓度大于第一报警值，且小于第二报警值时，排气模块以第二排气速率进行排气，第二报警值大于第一报警值，第二排气速率大于第一排气速率；净化单元包括至少一条直排管路、至少一条净化管路和至少一条排空管路，直排管路和净化管路用于向电解单元输出纯水，净化管路用于提高纯水电阻率；

3、当纯水供给单元提供的纯水电阻率大于或等于第一阈值时，纯水通过直排管路排入所述电解单元；

4、当纯水供给单元提供的纯水电阻率大于或等于第二阈值，且小于第一阈值时，纯水通过净化管路排入电解单元；

5、当纯水供给单元提供的纯水电阻率小于第二阈值时，纯水通过排空管路排出。

6、在本发明的实施例中，上述直排管路包括直排管和第一自控阀，所述第一自控阀连接于所述直排管；当所述纯水供给单元提供的纯水电阻率大于或等于所述第一阈值时，所述第一自控阀开启，所述直排管中的纯水能通过所述第一自控阀排入所述电解单元；当所述纯水供给单元提供的纯水电阻率小于所述第一阈值时，所述第一自控阀关闭。

7、在本发明的实施例中，上述净化管路包括净化管和第二自控阀，所述第二自控阀连接于所述净化管；当所述纯水供给单元提供的纯水电阻率大于或等于所述第二阈值，且小于所述第一阈值时，所述第二自控阀开启，所述净化管中的纯水能通过所述第二自控阀排入所述电解单元；当所述纯水供给单元提供的纯水电阻率小于所述第二阈值时，所述第二自控阀关闭。

8、在本发明的实施例中，上述排空管路包括排空管和第三自控阀，所述第三自控阀连接于所述排空管；当所述纯水供给单元提供的纯水电阻率小于所述第二阈值时，所述第三自控阀开启，所述排空管中的纯水能通过所述第三自控阀排出；当所述纯水供给单元提供的纯水电阻率大于或等于所述第二阈值时，所述第三自控阀关闭。

9、在本发明的实施例中，上述纯水供给单元包括用于检测纯水导电率的导电率仪，所述净化单元根据所述导电率仪的检测结果选择所述直排管路、所述净化管路、所述排空管路的其中之一排水。

10、在本发明的实施例中，上述净化管路还包括第一净化器和第一精密过滤器，所述第一净化器、所述第一精密过滤器均连接于所述净化管，所述第一净化器和所述第一精密过滤器用于净化过滤纯水。

11、在本发明的实施例中，上述净化管路还包括缓冲水箱，所述缓冲水箱连接于所述净化管，所述缓冲水箱的进水口与所述第一精密过滤器的出水口对接，所述缓冲水箱用于缓冲进入的纯水。

12、在本发明的实施例中，上述缓冲水箱内设有至少一块第一稳流板，所述第一稳流板将所述缓冲水箱的内腔分隔成至少两个第一缓冲腔，所述缓冲水箱的进水口和出水口分别与各所述第一缓冲腔对应设置。

13、在本发明的实施例中，上述净化单元还包括排液总管、循环泵和换热器，所述排液总管的一端与所述直排管路、所述净化管路的出水口对接，所述排液总管的另一端连接于所述电解单元，所述循环泵、所述换热器连接于所述排液总管。

14、在本发明的实施例中，上述净化单元还包括流量开关，所述流量开关连接于所述排液总管，所述流量开关用于控制排入所述电解单元的纯水流量。

15、在本发明的实施例中，上述净化单元还包括y形过滤器，所述y形过滤器连接于所述排液总管，并位于所述循环泵与所述换热器之间的管路上。

16、在本发明的实施例中，上述净化单元还包括净化支管、止回阀、第二净化器和第二精密过滤器，所述净化支管的一端与所述换热器与所述电解单元的所述排液总管接通，所述净化支管的另一端与所述纯水供给单元连接，所述止回阀、所述第二净化器和所述第二精密过滤器依次连接于所述净化支管。

17、在本发明的实施例中，上述纯水供给单元还包括纯水水箱，所述纯水水箱分别与所述净化单元、所述电解单元连接，所述纯水水箱为封闭式耐压水箱，所述排气模块与所述纯水水箱的排气口连接，所述检测模块包括用于检测所述纯水水箱内的氧气中氢气浓度所述氢气报警仪。

18、在本发明的实施例中，上述排气模块包括排气管和气泵，所述排气管与所述纯水水箱的排气口连接，所述气泵和所述氢气报警仪连接于所述排气管。

19、在本发明的实施例中，上述纯水供给单元还包括压力变送器，所述压力变送器连接于所述纯水水箱，并用于检测所述纯水水箱内的气压大小，所述气泵与所述压力变送器联动控制；

20、当所述纯水水箱内的气压小于或等于设定负压值时，所述气泵运行排气；

21、当所述纯水水箱内的气压大于负压值时，所述气泵停止运行。

22、在本发明的实施例中，上述纯水供给单元还包括液位计、补水管和第四自控阀，所述液位计连接于所述纯水水箱，并用于检测所述纯水水箱中的液位；所述补水管与所述纯水水箱的补水口连接，所述第四自控阀连接于所述补水管，所述液位计与所述第四自控阀联动控制；

23、当所述纯水水箱中的液位小于或等于第一液位值时，所述纯水供给单元停止为所述电解单元供水；

24、当所述纯水水箱中的液位大于所述第一液位值，小于或等于第二液位值时，所述第四自控阀开启，所述补水管为所述纯水水箱补充纯水，所述第二液位值高于所述第一液位值；

25、当所述纯水水箱中的液位大于所述第二液位值，小于或等于第三液位值时，所述第四自控阀关闭，所述补水管停止补水，所述第三液位值高于所述第二液位值；

26、当所述纯水水箱中的液位大于第三液位值时，所述排空管路排出所述纯水水箱中多余纯水。

27、在本发明的实施例中，上述纯水水箱中设置有至少两块第二稳流板，至少两块所述第二稳流板将所述纯水水箱的内腔分隔成至少三个所述第二缓冲腔，所述纯水水箱的进水口和出水口分别与两个所述第二缓冲腔对应设置，所述纯水水箱的补水水口与相邻两个所述第二稳流板之间的所述第二缓冲腔对应设置。

28、在本发明的实施例中，上述纯水供给单元还包括第二温度传感器，所述第二温度传感器连接于所述纯水水箱，用于监测所述纯水水箱内循环水的温度；当水温超过预设值时，系统报警或停机。

29、本发明的电解制氢用纯水循环供应系统能根据氧气中氢浓度大小控制排气速率，当氢浓度较低时(氢浓度小于或等于第一报警值)，排气模块以第一排气速率进行低速排气，此时无需增加排气功耗，当氢浓度较高时(氢浓度大于所述第一报警值，且小于第二报警值)，增加排气速率，避免产生爆炸危险，保证设备安全运行。而且本系统还能根据纯水的电阻率值选择不同的管路供给纯水，在纯水电阻率较高(纯水电阻率大于或等于第一阈值)时，直接将纯水通过直排管路排入电解单元，无需对纯水进行过滤，能减少内循环过滤次数，节约过滤耗材更换成本；在纯水电阻率不太高(纯水电阻率大于或等于第二阈值，且小于第一阈值)时，纯水需要净化提升电阻率，此时将纯水通过净化管路实现净化后排入电解单元，保证本系统能长时间运行；在纯水电阻率较低(纯水电阻率小于第二阈值)时，此时将纯水供给单元中的纯水通过排空管路排出，能有效避免电解单元使用寿命加速衰减。因此，本技术的电解制氢用纯水循环供应系统能维持纯水电阻率处于较高的值，能够长时间运行本系统，并保持水质稳定，有利于降低设备维护成本。