[发明专利]一种电解水制氢系统自动氮气置换装置及方法

说明书

本申请提出一种电解水制氢系统自动氮气置换装置及方法，包括通过管路依次首尾连接的电解槽、第三阀门和氧分离器形成的第一循环回路，还包括氢分离器，所述氢分离器通过管路与所述第三阀门和所述电解槽依次首尾连接形成第二循环回路，所述氧分离器和所述氢分离器通过管路相互连接，且所述氧分离器和所述氢分离器连接的管路上依次设置有第四阀门和第五阀门，所述第四阀门和所述第五阀门之间管路上外连有氮气储罐，通过外连氮气储罐和对各阀门开合控制，使得电解制氢系统能够在风力发电和光伏发电供应不足时自动对制氢系统进行氮气置换，切换到安全状态，降低了制氢过程对运行维护人员数量的需求，降低了制氢成本。

技术领域

本申请涉及电解制氢技术技术领域，尤其涉及一种电解水制氢系统自动氮气置换装置及方法。

背景技术

采用风力发电、光伏发电等可再生能源产生的电能作为电源，通过电解水制取的氢气具有低碳特性，因此被称为“绿氢”。“绿氢”作为电能向化学能转化的载体可以应用于交通、化工、钢铁等多个领域，因此在构建以可再生能源为核心的新型能源体系过程中具有重要的作用。然而，目前氢气供应仍以化石能源制取的“灰氢”为主，电解水制氢仅应用于一些特种行业，占比较低。与可再生能源发电耦合的电解水制氢技术尚处于示范阶段，技术路线尚不成熟。

风电、光伏为代表的可再生能源发电技术最大的特点就是波动、间歇性和难以预测性。因此以可再生能源发电作为电源，电解制氢设备会因为供电不足而无法运行，制氢过程由传统的连续运行变为间歇运行。当制氢设备停机后，氢气、氧气会停留在设备内部，随着停机时间延长气体会穿过电解槽隔膜，形成氢氧混合物，甚至达到爆炸极限，产生安全隐患。

因此需要开发电解水制氢系统自动氮气置换装置及方法，满足可再生能源电解水制氢过程中的间歇操作需求。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的目的在于提出一种电解水制氢系统自动氮气置换装置，通过外连氮气储罐和对各阀门开合控制，使得电解制氢系统能够在风力发电和光伏发电供应不足时自动对制氢系统进行氮气置换，切换到安全状态，提升了操作的自动化程度和安全性，降低了制氢过程对运行维护人员数量的需求，降低了制氢成本。

为达到上述目的，本申请提出的一种电解水制氢系统自动氮气置换装置，包括通过管路依次首尾连接的电解槽、第三阀门和氧分离器形成的第一循环回路，还包括氢分离器，所述氢分离器通过管路与所述第三阀门和所述电解槽依次首尾连接形成第二循环回路，所述氧分离器和所述氢分离器通过管路相互连接，且所述氧分离器和所述氢分离器连接的管路上依次设置有第四阀门和第五阀门，所述第四阀门和所述第五阀门之间管路上外连有氮气储罐。

进一步地，所述电解槽和所述第三阀门之间的管路上设置有循环泵。

进一步地，所述氧分离器上设置有第一液位传感器和压力传感器，所述第一液位传感器用于对所述氧分离器内的液位进行监测，所述压力传感器用于对所述氧分离器内的压力进行监测。

进一步地，所述氢分离器上设置有第二液位传感器，所述第二液位传感器用于对所述氢分离器内的液位进行监测。

进一步地，还包括第一洗涤冷却器，所述第一洗涤冷却器设置在所述氧分离器和所述第四阀门之间的管路上，所述第一洗涤冷却器通过第一外置管路和所述氧分离器连接形成第三循环回路。

进一步地，还包括第二洗涤冷却器，所述第二洗涤冷却器设置在所述氢分离器和所述第五阀门之间的管路上，所述第二洗涤冷却器通过第二外置管路和所述氢分离器连接形成第四循环回路。

进一步地，所述第一洗涤冷却器和所述第四阀门之间的管路上还设置有氧气回收管路，所述氧气回收管路上设置有第一阀门。

进一步地，所述第二洗涤冷却器和所述第五阀门之间的管路上还设置有氢气回收管路，所述氢气回收管路上设置有第二阀门。