用于碱性电解系统的碱液浓度控制系统

1.本实用新型涉及电解水制氢技术领域，尤其是涉及一种用于碱性电解系统的碱液浓度控制系统。


背景技术：

2.氢能由于其热值和清洁性等优势在多种新能源中脱颖而出。电解水制氢是当前氢能产业的重要发展方向，通常是由koh作为电解质进行反应，借助直流电作用将水分解为氢气和氧气的电化学反应。碱性电解水制氢技术当前最为成熟，安全可靠、运行寿命长、经济性能好，是大规模制氢中最具潜力和成熟的技术之一。
3.极化时电解槽实际效率低于理论效率的原因。在工作过程中有电流流过电解池，因此，不仅电极上发生了净电极反应，电解体系的所有过程均出现了反应，这使得体系在非平衡状态下工作。这种不可逆状态下，每个物理化学过程均存在阻力，造成电极电位偏离平衡电位，即电极极化现象。根据极化产生的原因可以被分为电化学极化、欧姆极化、浓差极化，电解槽实际效率取决于上述计划过程及其程度，即：
4.v＝e-η
e-η
c-ηo5.上式中：ηe、ηc、ηo分别为电化学极化、欧姆极化和浓差极化过电位
6.其中，在系统工作时在表面会出现净电极反应，即出现反应物的消耗和产物的生成，在电极和溶液界面附近的液层中出现反应物浓度的降低和产物浓度的升高，因此将出现反应物从溶液本体向电极表面和产物从电极表面向溶液本体的扩散。当反应物和产物扩散速度是电极过程中的最慢步骤时将出现浓差极化。当碱性电解槽使用的koh溶液浓度过大或过小时均会造成浓差极化现象，使得电解小室电压过高，从而产生过大的电耗同时降低电解效率。尤其对于当前使用的大型碱性电解系统，过大的电耗带来的是巨大的成本浪费.
7.因此，亟需设计一种能够实现高精度动态补水补碱系统。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种控制精度高以及电耗低的用于碱性电解系统的碱液浓度控制系统。
9.本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
10.本实用新型提供了一种用于碱性电解系统的碱液浓度控制系统，该系统包括用于动态控制电解槽中碱液浓度的控制模块、碱液罐、浓碱补偿罐、纯水补偿罐和用于获取电解槽中碱液浓度的碱液浓度传感器；
11.所述碱液罐分别与电解槽、浓碱补偿罐以及纯水补偿罐连通；所述碱液罐与浓碱补偿罐和纯水补偿罐连通的管道上设有电磁阀和电动泵；
12.所述控制面板分别与碱液浓度传感器、电磁阀和电动泵连接。
13.优选地，所述碱液浓度传感器设置在碱液罐与电解槽的连通管道中靠电解槽前端
入口处。
14.优选地，所述碱液罐与浓碱补偿罐和纯水补偿罐的连通口、所述碱液罐与电解槽的连通口分别设置于碱液罐的不同侧。
15.优选地，所述控制模块为plc控制面板。
16.优选地，所述系统还包括用于加热碱液罐中碱液的加热模块。
17.优选地，所述浓碱补偿罐中的溶液为设定浓度的koh溶液。
18.优选地，所述纯水补偿罐中的溶液为去离子水。
19.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
20.1)采用了碱液浓度传感器并直连控制面板，用可以实时监测电解槽工作溶液浓度变化趋势；
21.2)本实用新型快速调节碱液浓度可以使得电解槽始终处于良好工作区间，降低电解功耗；
22.3)利用了电磁阀和电动泵的组合使得原料补偿动作更为迅速。
附图说明
23.图1为本实用新型的系统结构示意图；
24.图2为本实用新型的同步控制软件流程图；
25.其中，1-控制模块，2-碱液罐，3-浓碱补偿罐，4-纯水补偿罐5-碱液浓度传感器，6-电磁阀和电动泵。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。
27.实施例
28.本实施例给出了一种用于碱性电解系统的碱液浓度控制系统，该系统包括用于动态控制电解槽中碱液浓度的控制模块1、碱液罐2、浓碱补偿罐3、纯水补偿罐4 和用于获取电解槽中碱液浓度的碱液浓度传感器5；
29.所述碱液罐2分别与电解槽、浓碱补偿罐3以及纯水补偿罐4连通；所述碱液罐2与浓碱补偿罐3和纯水补偿罐4连通的管道上设有电磁阀和电动泵6；
30.所述控制面板1分别与碱液浓度传感器5、电磁阀和电动泵6连接。
31.所述碱液浓度传感器5设置在碱液罐2与电解槽的连通管道中靠电解槽前端入口处。
32.所述碱液罐2与浓碱补偿罐3和纯水补偿罐4的连通口、所述碱液罐2与电解槽的连通口分别设置于碱液罐2的不同侧。
33.所述控制模块1为plc控制面板。
34.所述系统还包括用于加热碱液罐2中碱液的加热模块。
35.所述浓碱补偿罐3中的溶液为设定浓度的koh溶液。
36.所述纯水补偿罐4中的溶液为去离子水。
37.本系统的实现过程具体为：碱液浓度传感器5将采集到的碱液浓度信息发送至控制模块1，依据设定的标准浓度范围来判断是否需要调节；当碱液浓度低于标准浓度范围下限，控制模块1控制开启浓碱液补偿罐3配套的电磁阀和电动泵6，向碱液罐2加入浓碱液；当电解槽前端入口处的电解液浓度达到标准范围上限时，关闭电磁阀和电动泵6；当碱液浓度高于标准浓度范围上限，控制模块1控制开启纯水补偿罐4配套的电磁阀和电动泵6，向碱液罐2加入纯水；当电解槽前端入口处的电解液浓度达到标准范围下限时，关闭电磁阀和电动泵6。
38.控制模块的具体控制过程如图2所示，包括：
39.101：plc实时对浓度区间进行判断；若浓度高于设定上限，执行105，否则执行102；
40.102：plc对浓度区间再次进行判断，若浓度低于设定下限，执行110，否则执行103；
41.103：碱液浓度传感器5采集电解槽前端入口处的电解液浓度，并执行104；
42.104：碱液浓度传感器5将采集到的浓度数据传输至plc，重复执行101；
43.105：plc开启纯水补偿罐4配套的电磁阀和电动泵6，纯水流入碱液罐2，执行106；
44.106：由碱液罐2中的浓度传感器6再次发送信号给plc控制面板，并执行107；
45.107：plc对已经输入了浓度区间进行判断，若浓度低于设定上限-0.1mol/l，执行108，否则执行109；
46.108：plc控制关闭纯水补偿罐4配套的电磁阀和电动泵6；
47.109：继续执行105；
48.110：plc控制开启浓碱液补偿罐3配套的电磁阀和电动泵6，浓碱液流入碱液罐，执行111；
49.111：由碱液罐2中的浓度传感器6再次发送信号给plc控制面板，并执行112；
50.112：plc对已经输入了浓度区间进行判断，若浓度达到了设定下限+0.1mol/l，执行113，否则执行114；
51.113：plc控制关闭浓碱液补偿罐3配套的电磁阀和电动泵6；
52.114：继续执行110。
53.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。