一种电解槽性能测试平台的制作方法

本技术涉及性能测试平台，尤其涉及一种电解槽性能测试平台。

背景技术：

1、氢气作为一种重要的化工原料，在当前环境下最重要的两个方面应用为能源载体和工业气体。根据氢气制备过程中的碳排放量可以将氢气划分为灰氢、蓝氢、绿氢，其中绿氢在制备过程中碳排放量为零，可以助力交通、化工、冶金、电力等多领域深度脱碳，绿氢生产过程的低碳性对于构建绿色、低碳、高效的能源体系，助力实现“双碳”目标具有重要作用，因而成为氢能产业的重点发展目标。

2、电解水制氢技术正成为绿氢领域的研究热门，目前大型可再生能源制氢项目均采用碱性电解水制氢技术，但值得注意的是pem电解槽技术正高速发展，其较高的产氢压力和氢气纯度都使其有望逐步代替传统的碱性电解水技术制氢。pem水电解制氢选用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。pem电解槽主要包括质子交换膜、催化层、气体扩散层、双极板等。质子交换膜是pem电解水制氢系统的核心，其性能直接决定了电解槽的制氢效率和寿命。现阶段工业化的质子交换膜主要依赖于进口，由于投资和运行成本高，限制了其现阶段大规模商业化的应用。目前国内对于电解槽的性能测试系统大都聚焦于单池或多池材料方面的研究，对于电解槽尤其大功率电解槽的产气质量、极化曲线及单池一致性等开发的测试系统较少。

3、公告号cn218951514u的中国实用新型专利公开了一种pem电解槽测试装置，主要包括pem制氢电解槽、阳极水缓冲罐、氢侧气液分离器，阳极水缓冲罐底部设置水泵进行阳极入口去离子水供给，设置去离子装置进行循环水净化，电解槽阳极出口通过阳极回水阀门管组连阳极水缓冲罐，阀门管组处设置了大小自动球阀，再经过冷却器和抽送风机进行氧气收集，电解槽产生的氢气经过氢侧气液分离器后进行氢气收集。该方案可以满足对pem电解槽性能测试的基本需求，但电解槽尤其大功率电解槽在加载产气过程中也源源不断携带大量的热量，如果不能对阳极入口去离子水供给回路进行温控处理，将会大大降低pem电解槽性能测试的可靠性。

技术实现思路

1、本实用新型所要解决的技术问题在于如何提高电解槽性能测试的可靠性。

2、本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种电解槽性能测试平台，包括补水模块、循环水模块、氧气分离模块、氢气分离模块和氢气纯化模块，所述氧气分离模块包括氧侧分离器，氢气分离模块包括氢侧分离器，所述补水模块与氧侧分离器的进水口连通，氧侧分离器的出水口依次经过第一换热器、第二换热器、第一温度传感器连接到待测电解槽的进水口，待测电解槽的氧气出口连接到氧侧分离器，氧侧分离器的出气口依次经过氧气冷凝换热器、第一背压阀连接到氧气排空系统，待测电解槽的氢气出口连接到氢侧分离器，氢侧分离器的出气口依次经过氢气冷凝换热器、第二背压阀、第一三通开关阀连接到氢气排空系统，至少一个氢气纯化模块与第一三通开关阀的另一接口连通。

3、待测电解槽通电加载前给第二换热器提供热源将循环水预热到额定工作温度，待测电解槽通电加载后，产气过程中会携带大量热量，给第一换热器提供冷源进行循环水降温控制，通过在循环水模块的循环水路上设置第一换热器、第二换热器和第一温度传感器，第一温度传感器用于监测待测电解槽进水口循环水温度，第二换热器将循环水预热到额定工作温度，第一换热器用于对循环水进行降温，使得待测电解槽进水口的水温一直维持在工作温度范围内，从而实现对待测电解槽去离子水供给回路的温控处理，提高电解槽性能测试的可靠性。

4、优选的，所述补水模块包括第一手阀和补水泵，去离子水依次经过第一手阀和补水泵连接到氧侧分离器的进水口。

5、优选的，所述氧侧分离器的出水口依次经过第二手阀、循环水泵、第三手阀、第一换热器、第二换热器、过滤器、流量计、电导率传感器、第一压力传感器、第一温度传感器连接到所述待测电解槽的进水口。

6、优选的，所述循环水模块还包括第一调节阀、去离子树脂罐，所述第一调节阀、去离子树脂罐依次连接在循环水泵的出水口与第一换热器的进水口之间的管路上。

7、优选的，所述循环水模块还包括回水旁路调节阀，所述回水旁路调节阀连接在氧侧分离器与第二换热器出口之间的管路上。

8、优选的，所述待测电解槽的氧气出口依次经过第二温度传感器、第二压力传感器、第一浓度分析装置连接到氧侧分离器，第一浓度分析装置通过第一取样电磁阀连接到管路，氧气冷凝换热器的出口依次经过第一安全阀、第三温度传感器、第三压力传感器、第一背压阀、第一气体干燥装置、氧气过滤器、第一温湿度传感器、第二流量计和第一止回阀连接到氧气放空系统，氧气冷凝换热器的冷源进口设有调节阀或开关阀，第一气体干燥装置中设置有加热器，氧侧分离器上还设有第一液位传感器和第一排水调节阀。

9、优选的，所述待测电解槽的氢气出口依次经过第五温度传感器、第五压力传感器、第二浓度分析装置连接到氢侧分离器，第二浓度分析装置通过第二取样电磁阀连接到管路，氢气冷凝换热器的出口依次经过第二安全阀、第四温度传感器、第四压力传感器、第二背压阀、第二气体干燥装置、第一三通开关阀、氢气过滤器、第二温湿度传感器、第三流量计和第二止回阀连接到氢气放空系统，氢气冷凝换热器的冷源进口设有调节阀或开关阀，第二气体干燥装置中设置有加热器，氢侧分离器上还设有第二液位传感器和第二排水调节阀。

10、优选的，所述氢气纯化模块包括结构相同的第一氢气纯化模块和第二氢气纯化模块，第一氢气纯化模块和第二氢气纯化模块分别连接到第二三通开关阀的第一接口和第二接口，第一三通开关阀的另一接口连接到第二三通开关阀的第三接口，第二三通开关阀的第一接口依次经过脱氧装置、第二氢气冷凝换热器、第三温湿度传感器、第三浓度分析装置、第三止回阀连接到氢气回收集系统，第三浓度分析装置通过第三取样电磁阀连接到管路，第二氢气冷凝换热器的冷源接口设有调节阀或开关阀，脱氧装置设置有加热器。

11、优选的，还包括氮气吹扫模块，氮气吹扫模块包括第六压力传感器、第四流量计和若干调节阀，氮气经过第六压力传感器、调节阀、第四流量计、调节阀分别连接到待测电解槽的阴极和阳极。

12、优选的，还包括直流电源、电流采集模块、小室电压巡检装置，直流电源为待测电解槽供电，电流采集模块对工作电流数据进行采集并将信号直接通讯到上位机，小室电压巡检装置对电解槽的单片电压进行数据采集并将信号直接通讯到上位机。

13、本实用新型提供的的优点在于：

14、1、待测电解槽通电加载前给第二换热器提供热源将循环水预热到额定工作温度，待测电解槽通电加载后，产气过程中会携带大量热量，给第一换热器提供冷源进行循环水降温控制，通过在循环水模块的循环水路上设置第一换热器、第二换热器和第一温度传感器，第一温度传感器用于监测待测电解槽进水口循环水温度，第二换热器将循环水预热到额定工作温度，第一换热器用于对循环水进行降温，使得待测电解槽进水口的水温一直维持在工作温度范围内，从而实现对待测电解槽去离子水供给回路的温控处理，提高电解槽性能测试的可靠性。

15、2、氧侧分离器流出的去离子水通过循坏水泵进行阳极水循环，通过在循环水路中设置去离子装置旁路，保证进入待测电解槽的去离子水的电导率满足工作要求，当电导率传感器监测到氧侧分离器内的去离子水电导率异常时，可通过开启第一排水阀进行排水。循环水模块具备实时温控和实时电导率控制等功能，通过开启或关闭回路旁路调节阀，实现对待测电解槽进水口水流量大小的调节。

16、3、待测电解槽运行过程中从阳极和阴极出口产出氧气和氢气并夹带少量水，通过温度、压力监测和浓度在线取样分析后进入氧侧分离器和氢侧分离器进行脱水，分离出的氧气通过氧气冷凝换热器降温后，再经过第一背压阀调节阳极侧压力，最后通过气体干燥、温湿度、流量测量后进行氧气放空，氢侧分离器中的水可通过氢侧排水单元排出，分离出的氢气通过氢气冷凝换热器进行降温，第二背压阀通过控制阴阳极压差实现均压或差压控制，最后通过气体干燥、温湿度、流量测量后进行氢气放空，待测电解槽进出口设置有温度、压力传感器及出口设置有浓度取样分析装置，可实时监测和取样分析，氧/氢侧系统回路独立设置，可通过背压阀实现pem电解槽阳/阴极均压和差压控制。

17、4、待测电解槽运行过程中产生的氢气，通过氢气纯化模块能够进行氢气纯化处理，经过氢气脱氧干燥和降温后，能够对纯化后高纯度的氢气进行收集利用，通过三通阀实现状态测量和纯化的选择切换，当设置两个氢气纯化模块，能够实现氢气纯化模块一用一备，实现氢气纯化不间断工作。

18、5、本实用新型的电解槽性能测试平台采用模块化的撬装式设计，系统集成度高，其中氢气纯化模块一用一备且可拆卸。