[發(fā)明專利]堿性電解水制氫系統(tǒng)、其氧氣除雜保護裝置及保護方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210715187.8
• 申請日: 2022-06-22
• 公開（公告）號: CN115140712A
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設計）人: 林今;沙廉棟
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C01B13/02
• 分類號: C01B13/02;F17D1/02;F17D1/065;F17D3/01;C25B1/04
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;張會華

本申請?zhí)峁┝艘环N堿性電解水制氫系統(tǒng)、其氧氣除雜保護裝置及保護方法，所述保護裝置用于連接所述堿性電解水制氫系統(tǒng)的氧氣分離器；所述保護裝置包括氧氣純化設備、氧氣存儲設備、第一截止閥和空氣泵；所述氧氣純化設備連接到所述氧氣分離器，用于對來自所述氧氣分離器的粗氧進行純化除雜，所述氧氣純化設備還連接到所述氧氣存儲設備，用于將得到的純氧存入所述氧氣存儲設備；所述氧氣存儲設備通過所述空氣泵和所述第一截止閥連接到所述氧氣分離器，用于在所述堿性電解水制氫系統(tǒng)處于低負載工作模式時將所儲存的氧氣通入所述氧氣分離器，以降低所述氧氣分離器中氧氣內氫氣雜質含量，進而保護堿性電解水制氫系統(tǒng)。

技術領域

本申請涉及電解水制氫技術領域，且特別涉及一種堿性電解水制氫系統(tǒng)、其氧氣除雜保護裝置及保護方法。

背景技術

電解水制氫技術是將電能轉化為化學能的非常有前景的技術，在波動性可再生能源的利用領域中有極大的發(fā)展空間。利用電解水裝置可以將波動性的光伏、風電、富裕水電、波浪能、潮汐能等可再生能源產生的電能直接轉化為氫氣中的化學能，進而轉化為其他化工產品或將其用作燃料，實現(xiàn)能量的大規(guī)模、長時間儲存。也可以將電解水裝置用于電力系統(tǒng)的調峰調頻場景。堿性電解水制氫技術是目前最為成熟的大規(guī)模制氫技術，但是堿性電解水制氫系統(tǒng)的性能受到系統(tǒng)內氧氣中氫氣雜質的含量限制，在低負載工作時系統(tǒng)內氧氣中氫氣的含量會超過4％這一安全值(工業(yè)要求通常為2％)，有導致爆炸的風險。堿性電解水制氫系統(tǒng)分為獨立堿液循環(huán)和混合堿液循環(huán)兩種策略類型，其中混合堿液循環(huán)策略類型因為更簡潔的系統(tǒng)結構和控制策略被廣泛使用，但該類型系統(tǒng)的缺陷是氧氣中氫氣雜質的含量增加。

為了解決堿性電解水制氫系統(tǒng)低負載下氧氣中氫氣雜質含量增加帶來的系統(tǒng)靈活運行范圍較小的問題，需要設計方案減少氧氣分離器中的氫氣雜質含量。中國專利

CN211872097U涉及了一種寬功率電解水制氫系統(tǒng)，將整流變壓器與波動性電源連接，利用分離器將氫氣和氧氣與堿液分離，再經過氣體冷卻器和氣體捕滴器進行純化。該專利描述了堿性電解水制氫系統(tǒng)的結構，但是并不能解決氫氧混合雜質的問題，其系統(tǒng)功率可調節(jié)的范圍受到了限制。

CN111663150B涉及了一種波動型功率輸入的電解水制氫方法和裝置，將波動型輸入功率分配為電解功率和蓄熱功率，蓄熱功率用于設備的冷啟動，電解功率用于為電解水提供電能。該專利從電源側功率分配解決了波動型電源輸入的問題，但是波動性可再生能源的波動幅度相當大并且很多時候不能達到電解槽的電解功率，因此該專利并不能緩解堿性電解水系統(tǒng)低負載工作時氧氣中氫氣雜質超標的問題。

CN113005470A涉及了一種制氫控制方法及裝置、電子設備和存儲介質，基于氫氧比實時控制電解質制備氫氣的輸出摩爾流量，以控制氫氧比遠離爆點，提高制氫的安全性，進而提高制備氫氣的靈活性。該專利不需要增加額外的設備，但是需要變化系統(tǒng)的壓力，會對后續(xù)氫氣處理系統(tǒng)的運行產生影響。

發(fā)明內容

鑒于上述現(xiàn)有技術的狀態(tài)而做出本申請。本申請的目的在于提供一種堿性電解水制氫系統(tǒng)、其氧氣除雜保護裝置及保護方法，可以降低堿性電解水制氫系統(tǒng)的氧氣中氫氣雜質的含量，確保堿性電解水制氫系統(tǒng)在低負載時安全運行。

本申請的實施方式提供一種堿性電解水制氫系統(tǒng)的氧氣除雜保護裝置，所述保護裝置用于連接所述堿性電解水制氫系統(tǒng)的氧氣分離器；所述保護裝置包括氧氣純化設備、氧氣存儲設備、第一截止閥和空氣泵；

所述氧氣純化設備連接到所述氧氣分離器，用于對來自所述氧氣分離器的粗氧進行純化除雜，所述氧氣純化設備還連接到所述氧氣存儲設備，用于將得到的純氧存入所述氧氣存儲設備；

所述氧氣存儲設備通過所述空氣泵和所述第一截止閥連接到所述氧氣分離器，用于在所述堿性電解水制氫系統(tǒng)處于低負載工作模式時將所儲存的氧氣通過所述空氣泵、所述第一截止閥通入所述氧氣分離器，以降低所述氧氣分離器中氧氣內氫氣雜質的含量。