一种用于碱性水电解制氢系统的碱液循环控制方法与流程

本发明属于电解制氢循环控制，具体涉及到一种用于碱性水电解制氢系统的碱液循环控制方法。

背景技术：

1、碱性水电解制氢系统通常使用碱性电解质(如氢氧化钠或氢氧化钾)作为电解质。在这样的系统中，碱液循环控制是确保高效制氢的关键之一。在电解制氢中由于温度和酸碱度对电解反应的速率和效率影响较大，这使得电解液的温度控制和酸碱度控制成为碱液循环控制的重点。

2、现有技术中在进行电解液温度控制时未考虑由电解液的流动性差异造成的温度分布不均匀，使得在电解过程中采集的电解液温度可能不具有代表性，无法反映电解液的真实温度，进而影响温度调控的精准度；另外现有技术中执行电解液温度控制的温控元件通常布设在电解槽内或附近，这种布设方式由于未贴合电解池结构，容易造成温控不均匀，难以针对性满足电解液的温控需求，同时还可能造成资源浪费。

3、现有技术中在进行电解液酸碱度控制时存在以下弊端：第一、在电解制氢过程中由于电解池中电解速率的差异、电解液的流动差异导致电解液中酸碱度的不均匀分布，而现有技术中未考虑到这一方面，使得在电解池内布设酸碱度传感器时覆盖范围过于局限，难以真实反映电解液中酸碱度的分布特征，导致酸碱度采集精准度下降。

4、第二、在根据采集的酸碱度进行加碱、退碱的碱性环境调节时未进行投加位置确定，使得碱性环境调节缺乏明确具体的方向，容易造成对碱性环境适宜的区域进行调节，一方面无法满足实际的调节需求，使得实际需要调节的区域持续处于异常状态，另一方面可能导致碱性环境适宜区域的酸碱度在短时间内发生剧烈波动，这些都会对电解反应产生抑制作用，造成电解速率降低。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于碱性水电解制氢系统的碱液循环控制方法，有效解决了现有技术存在的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种用于碱性水电解制氢系统的碱液循环控制方法,包括：s1、控制设备设置：用于在电解池的中央设置搅拌终端，并在电解池内均匀布设酸碱度传感器，同时在电解池的上方安装红外热像仪，在电解池的四周环设温控元件。

3、s2、温度采集处理：在电解制氢系统运行过程中实时由红外热像仪对电解池中的电解液进行扫描，得到电解液的热图像，进而从热图像中分析温度分布均匀度，据此利用控制中心控制搅拌终端对电解液进行搅拌，并基于搅拌结果提取电解液的有效温度。

4、s3、酸碱度采集：在提取电解液有效温度的同时利用布设的酸碱度传感器进行酸碱度采集，得到各酸碱度传感器采集的酸碱度。

5、s4、温度调节:将电解液的有效温度与设置的适宜温度区间进行对比，评判是否存在温控需求，若评判存在温控需求，则由控制中心控制温控元件对电解池进行温度调节。

6、s5、碱性环境调节分析：将各酸碱度传感器采集的酸碱度与设置的适宜酸碱度区间进行对比，评判是否存在碱性环境调节需求，若评判存在碱性环境调节需求，则识别调节方式、调节量及调节区域。

7、s6、碱性环境调节执行：将调节方式、调节量及调节区域传输至操作中心，由操作中心指派相关人员进行碱性环境调节。

8、作为本发明的进一步创新，所述在电解池内均匀布设酸碱度传感器的实施过程如下：在电解池的四周侧壁上等距离划分得到若干纵向分割线。

9、分别在各分割线上等高度划分得到若干横向分割线。

10、各纵向分割线与横向分割线将电解池的侧壁划分成若干区域。

11、获取各区域的面积，进而选取覆盖区域与各区域面积一致的酸碱度传感器，并将酸碱度传感器设置在各区域的中心位置。

12、作为本发明的进一步创新，所述从热图像中分析温度分布均匀度具体分析过程如下：从热图像中提取温度分布特征，具体包括温度分布区域数量及各温度分布区域对应的面积和色度值。

13、将各温度分布区域对应的色度值与热图中各色度代表的温度进行比对，从中获取各温度分布区域对应的温度。

14、将各温度分布区域对应的温度进行对比，从中选取最高温度对应的温度分布区域和最低温度对应的温度分布区域，分别记为高温分布区域和低温分布区域。

15、将高温分布区域、低温分布区域对应的温度和面积代入表达式计算出温度分布均匀度σ，式中t高、t低分别表示为高温分布区域、低温分布区域对应的温度，s高、s低分别表示为高温分布区域、低温分布区域对应的面积，s热图表示为热图像的轮廓面积。

16、作为本发明的进一步创新，所述利用控制中心控制搅拌终端对电解液进行搅拌的实现过程如下：(1)将温度分布均匀度与预配的达标温度分布均匀度进行对比，若温度分布均匀度小于达标温度分布均匀度，则评判需要对电解液进行搅拌，反之则评判不需要对电解液进行搅拌。

17、(2)当评判需要对电解液进行搅拌时从电解液的热图像中提取高温分布区域和低温分布区域。

18、(3)基于高温分布区域和低温分布区域规划搅拌终端在电解池中的搅拌路线。

19、(4)将温度分布均匀度与控制参考库中各种温度分布均匀度对应的搅拌速率进行匹配，并将匹配成功的搅拌速率作为需求搅拌速率。

20、(5)利用控制中心控制搅拌终端按照搅拌路线和需求搅拌速率进行搅拌。

21、作为本发明的进一步创新，所述基于搅拌结果提取电解液的有效温度具体实施如下：在控制搅拌终端进行搅拌时按照预定义的单次搅拌时长进行操作，当单次搅拌完成后利用红外热像仪采集电解液的热图像，进而基于热图像分析温度分布均匀度，并与达标温度分布均匀度对比，若温度分布均匀度小于达标温度分布均匀度，则按照(2)—(5)进行电解液搅拌，反之则从电解液的热图像中提取最大面积对应温度分布区域的温度，作为电解液的有效温度。

22、作为本发明的进一步创新，所述评判是否存在温控需求的实施过程如下：将电解液的有效温度与设置的适宜温度区间进行对比，通过评判模型得到是否存在温控需求的评判结果p,p＝1表示存在温控需求，p＝0表示不存在温控需求，t上、t下分别表示为适宜温度区间中适宜上限温度、适宜下限温度，t表示电解液的有效温度，λ0表示为预设的达标温度符合度，e表示为自然常数。

23、作为本发明的进一步创新，所述由控制中心控制温控元件对电解池进行温度调节的实现过程如下：将电解液的有效温度与设置的适宜温度区间进行对比，若电解液的有效温度小于适宜温度区间中的适宜下限温度，则识别温度调节方向为升温，若电解液的有效温度大于适宜温度区间中的适宜上限温度，则识别温度调节方向为降温，同时获取温控指数。

24、获取温控元件的规格型号，并利用其和温度调节方向由获取温控元件在温度调节方向下运行功率与温控速率、温控能耗的变化曲线，进而从所述变化曲线中提取最高温控速率对应的运行功率和最小能耗对应的运行功率。

25、将温控指数与设定阈值进行对比，若温控指数大于设定阈值，则选取最高温控速率对应的运行功率作为温控元件的适配运行功率，反之则以最小能耗对应的运行功率作为温控元件的适配运行功率。

26、由控制中心按照温度调节方向和适配运行功率控制温控元件对电解池进行温度调节，使其处于适宜温度区间内。

27、作为本发明的进一步创新，所述评判是否存在碱性环境调节需求实施过程如下：将各酸碱度传感器采集的酸碱度分别与设置的适宜酸碱度区间进行对比，计算各酸碱度传感器对应的上限采集符合度和下限采集符合度，其中

28、

29、将各酸碱度传感器对应的上限采集符合度和下限采集符合度分别与设置的达标采集符合度进行对比，若存在某酸碱度传感器对应的上限采集符合度小于达标采集符合度或下限采集符合度小于达标采集符合度，则评判存在碱性环境调节需求，并将该酸碱度传感器记为异常酸碱度传感器，反之则评判不存在碱性环境调节需求。

30、作为本发明的进一步创新，所述识别调节方式、调节量及调节区域的实施过程如下：将异常酸碱度传感器采集的酸碱度与适宜酸碱度区间进行对比，若酸碱度小于适宜酸碱度区间的下限值，则识别调节方式为加碱，若酸碱度大于适宜酸碱度区间的上限值，则识别调节方式为退碱。

31、当调节方式为加碱时将适宜酸碱度区间的下限值与异常酸碱度传感器采集的酸碱度进行作差，得到调节量，当调节方式为退碱时将异常酸碱度传感器采集的酸碱度与适宜酸碱度区间的上限值与进行作差，得到调节量。

32、将异常酸碱度传感器所在布设区域作为调节区域。

33、作为本发明的进一步创新,所述由操作中心指派相关人员进行碱性环境调节时当操作中心发出指派指令时进行指令发出计时，并将指令发出计时时长实时与限定计时时长进行对比，若指令发出计时时长等于或大于限定计时时长时还未感应到调节完毕，则控制电流密度降低；

34、当感应到调节完毕后控制搅拌终端在调节区域进行搅拌。

35、相较于现有技术，本发明的有益效果如下：1、本发明通过在电解池中设置搅拌终端，并安装红外热像仪，由此在采集电解液温度时借助红外热像仪进行电解液温度分布分析，进而根据分析结果控制搅拌终端对电解液进行搅拌，从而从搅拌结果中获取电解液的有效温度，实现电解液温度的真实可靠获取，大大提高了温度调控的精准度。

36、2、本发明通过贴合电解池结构，在电解池的四周环设温控元件，使得电解池内的电解液都能够处于温控元件的温控范围内能够覆盖，有效避免了温控不均匀的问题，从而不仅针对性满足电解液的温控需求，还在提高温控效率的基础上减少了资源浪费。

37、3、本发明通过在电解池内均匀布设酸碱度传感器，能够最大限度保障电解池内的电解液都处于酸碱度传感器的采集范围，有效规避了现有技术中酸碱度传感器布设覆盖范围过于局限的问题，实现了电解液中酸碱度分布特征的真实反映，有利于提高酸碱度采集精准度。

38、4、本发明在根据采集的酸碱度进行加碱、退碱的碱性环境调节时通过将不同酸碱度传感器采集的酸碱度与适宜酸碱度进行对比，由此增加了调节区域的识别，一方面能够满足实际的调节需求，避免出现实际需要调节的区域持续处于异常状态造成的异常加重，另一方面最大限度规避了碱性环境适宜区域的酸碱度在短时间内发生剧烈波动的现象，使得电解速率得到大幅提升。