一种全浸式无氧环境电解水制氢系统的制作方法

本发明属于水利水电机电技术领域，更具体地说是一种全浸式无氧环境电解水制氢系统。

背景技术：

电解水制氢是一种成熟的工业技术，在应用过程中存在如下问题：

(1)制氢系统属于中、高压容器及管道系统，由于氢气的密度仅为空气的1/30，因此如有泄漏，极易扩散，导致易燃易爆。制氢厂因此对静电、明火、电气开关、通风及与建筑物的安全净距等有着非常明确的要求，以确保安全。这往往对于厂房空间等提出了相应的要求，增加了厂房的建造费用。

(2)水的电解过程是一个放热的过程。随着电解过程地不断运行，电解槽内部会连续产生热量，进而使电解槽的运行温度持续上升。根据电解槽的工艺要求，此温度必须控制在一定的范围内，不得超过它的上限设定值。常规置放于空气中的电解制氢系统采用了相应的冷却系统，即：通过电解液在系统内部的循环，即在分离器中被冷却、温度较低的电解液进入电解槽中，把电解槽内部由于水电解而产生的热量带出电解槽，在氢气分离器及氧气分离器中进行热交换。氢气分离器及氧气分离器中安装有换热装置，热交换过程发生在冷却水与从电解槽中流出的电解液之间。通过对冷却水流量进行控制调节，使流入分离器的电解液得到冷却，被冷却后的电解液流出分离器，通过电解液的循环回路流入电解槽中，这样电解槽内部电解产生的热量通过电解液的循环就能够与较低温度的冷却水进行热交换，在系统运行温度调节控制系统的作用下；电解槽的运行温度是能够被控制在设定值的。基于上述目的，往往在电解制氢站内配置了相应的冷却系统。

因此，解决电解水制氢过程中散热问题和预防氢气泄漏很有必要。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种全浸式无氧环境电解水制氢系统，利用无氧环境实现电解水制氢，从而保证电解水制氢系统安全、高效稳定运行。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种全浸式无氧环境电解水制氢系统，其特征在于：包括电解槽、制氢附属设备、纯化设备，所述电解槽、制氢附属设备、纯化设备分别密封布置在液体介质中。

进一步的，在所述液体介质上方设置有透明密封盖板。

进一步的，所述密封盖板上设置有泄漏氢气集散装置。

进一步的，所述泄漏氢气集散装置上设置有排空阀。

进一步的，所述液体介质为水。

进一步的，在水中或水上方设置有图像监控设备。

进一步的，所述电解槽通过防水电缆与整流柜连接。

本发明的有益效果为：

其一，本发明将制氢纯化系统置于水下，一方面可防止无色无味的氢气在空气中泄漏，确保大规模电解水制氢系统的无泄漏安全运行，可彻底杜绝常规空气方式下易燃易爆的风险，实现安全制氢；另一方面可以对电解槽降温，实现制氢装置高效散热。

其二，根据制氢设备的空间布置，设置水下图像监控设备，实现全套电解水制氢系统无盲区、全时、实时可视化泄漏监控系统。

其三，利用氢气密度小的原理，将泄漏氢气集散至对应收集装置内，并排出室外，做到泄漏氢气路径的控制，使得厂房布置空间、布置要求降低。

附图说明

图1为一种全浸式无氧环境电解水制氢系统总平面示意图。

图2为一种全浸式无氧环境电解水制氢系统制氢流程示意图。

图3为水下设备布置立面示意图。

图中：1电解槽，2制氢附属设备，3纯化设备，4补水箱，5补水泵，6碱液箱，7整流柜，8变压器，9低压配电柜，10控制柜，11泄漏氢气集散装置，12密封盖板，13排空阀，14图像监控设备，15液体介质。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1～2所示，一种全浸式无氧环境电解水制氢系统，包括电解槽1、制氢附属设备2、纯化设备3、补水箱4、补水泵5、碱液箱6、整流柜7、变压器8、低压配电柜9、控制柜10。所述补水箱4、碱液箱6、补水泵5依次连接后与电解槽1连接，用于提供电解液；所述低压配电柜9、控制柜10与整流柜7连接，所述变压器8、流柜7、电解槽1依次连接，用于为电解槽提供电能。

如图2所示，所述变压器8、整流柜7通过防水电缆向电解槽1供应电能后，电解槽1接收补水箱4、碱液箱6、补水泵5补充的电解液，电解产生氢气和氧气。电解槽1内的氢气、氧气经过水下气体管道输送至制氢附属设备2和纯化设备3后，制备出高纯度氢气及氧气，再经过气体管道输送至对应存储设备。

如图1～3所示，电解槽1、制氢附属设备2、纯化设备3为含氢设备，所述电解槽1、制氢附属设备2、纯化设备3分别密封布置在液体介质15中，所述液体介质15为水。

仪器仪表及电控设备采用水下耐腐蚀密封管道电缆引出，氢气通过专用输氢管道引出。所述电解槽1通过防水电缆与整流柜7连接。

本实施例中，水下部分还可以布置储氢装置等其他含氢设备，制氢系统和储氢系统通过管道连接，为分隔的两个水下空间。应当理解，虽然本实施例未提及上述装置。但是否布置其他含氢气装置并不构成与本发明专利的实质性差异，故而并不限制本发明专利的保护内容。

如图3所示，在所述液体介质15上方设置有透明的密封盖板12，所述密封盖板12一方面用于密封液体介质15，另一方面用于全程、全场景观测整个装置的水下运行情况。当发生气体泄漏时，可第一时间观测到泄漏气泡。

所述密封盖板12上设置有泄漏氢气集散装置11，所述泄漏氢气集散装置11上设置有排空阀13，用于排出泄漏氢气。

泄漏氢气集散装置11布置于密封盖板12上，在密封盖板上呈现凸起状。利用氢气密度低于氧气和空气的特点，当发生气体泄漏时，氢气位于泄漏气体上方，通过集散装置自带的排空阀13。当检测到密封盖板内气体浓度达到一定程度时，排空阀打开，氢气弥散至室外。同时输出报警信号，便于运维人员直接观察水下氢气泄露点。

在水中或水上方设置有图像监控设备14，用于检测泄漏氢气情况。

本技术方案中图像监控设备14可配置红外监控及智能图像识别，其中红外监控用于检测整个水下装置及水体的温度状态。当发生运行异常导致温度异常时，图像监控设备14可发出警报信号。配置智能图像监控，当水体内发生气泡运动时，监控装置报警，提醒运行人员注意，以判别是否需要关闭系统运行。

当发生气体泄漏时，泄漏气体在水中形成一连串气泡，图像监控设备14检测到水下气泡运动轨迹，提醒运维人员注意设备状态。当气体泄漏量大，直接超过图像监控系统阈值时，水下图像监控设备直接启动关闭整个装置。

经过一段时间后，泄漏的氢气和氧气分离，氢气逐渐汇集到泄漏氢气集散装置11中，氢气集散装置排空阀13打开，气体安全泄漏至室外大气中。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

技术特征：

1.一种全浸式无氧环境电解水制氢系统，其特征在于：包括电解槽(1)、制氢附属设备(2)、纯化设备(3)，所述电解槽(1)、制氢附属设备(2)、纯化设备(3)分别密封布置在液体介质(15)中。

2.根据权利要求1所述的一种全浸式无氧环境电解水制氢系统，其特征在于：在所述液体介质(15)上方设置有透明密封盖板(12)。

3.根据权利要求2所述的一种全浸式无氧环境电解水制氢系统，其特征在于：所述密封盖板(12)上设置有泄漏氢气集散装置(11)。

4.根据权利要求3所述的一种全浸式无氧环境电解水制氢系统，其特征在于：所述泄漏氢气集散装置(11)上设置有排空阀(13)。

5.根据权利要求1所述的一种全浸式无氧环境电解水制氢系统，其特征在于：所述液体介质(15)为水。

6.根据权利要求5所述的一种全浸式无氧环境电解水制氢系统，其特征在于：在水中或水上方设置有图像监控设备(14)。

7.根据权利要求1所述的一种全浸式无氧环境电解水制氢系统，其特征在于：所述电解槽(1)通过防水电缆与整流柜(7)连接。

技术总结
一种全浸式无氧环境电解水制氢系统，其特征在于：包括电解槽、制氢附属设备、纯化设备；所述电解槽、制氢附属设备、纯化设备分别密封布置在液体介质中，所述液体介质为水；在所述液体介质上方设置有透明密封盖板，所述密封盖板上设置有泄漏氢气集散装置，所述泄漏氢气集散装置上设置有排气阀；在水中或水上方设置有水下图像监控设备。本发明将相关制氢含氢设备全部置于水下，通过水和空气的隔离实现氢氧气体泄漏可视化监测、氢气智能引导扩散、制氢装置高效散热等多方面功能，可彻底杜绝常规空气方式下易燃易爆的风险，实现安全制氢。

技术研发人员：梁波;刘亚青;崔磊;谌睿;李璇
受保护的技术使用者：长江勘测规划设计研究有限责任公司
技术研发日：2020.12.16
技术公布日：2021.03.30