一种PEM电解槽阴阳极循环水装置、控制方法及其应用的系统与流程

本发明涉及燃料电池，具体涉及一种pem电解槽阴阳极循环水装置、控制方法及其应用的系统。

背景技术：

1、pem电解槽即质子交换膜电解槽，是一种电化学设备，用于水电解制氢，将水在直流电的作用下分解成氢气和氧气。将电解槽与其他辅助系统(bop)组合可以构成pem电解槽系统，在各个零部件的配合下使电解槽在合适的工作条件下运行。

2、pem电解槽的阴极侧发生氢气析出反应，阳极侧发生氧气析出反应。水在阳极侧通入并循环使用，一方面作为反应物发生电化学反应，生成氧气，另一方面作为冷却介质带走电解槽产生的热量，阴极侧为常压或者带压的氢气，同时带有通过电渗拖拽作用和渗透作用由阳极至阴极侧的水分。由于阳极侧生成的氧气需要与水进行分离，而阴极侧的氢气更容易逸出，故气液分离器通常设置在阳极侧，这也使得阴极侧的水会被直接排出。这种对阴极侧水的处理方式，会增加系统的耗水量，从而造成水资源和热量的浪费。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种pem电解槽阴阳极循环水装置，适用于电解槽，包括：阴极储水罐与阳极储水罐，所述阴极储水罐用于储存所述电解槽阴极侧排出的水，所述阳极储水罐用于储存所述电解槽阳极侧排出的水，所述阴极储水罐套设有所述阳极储水罐，使所述阴极储水罐与所述阳极储水罐形成一双层罐体结构，用以将所述阴极储水罐内的液体与所述阳极储水罐内的液体进行热量传递，所述阴极储水罐设置超声波发生器，所述超声波发生器发出的超声波通过破坏气泡的液相张力，用以对水进行超声脱气。

2、优选的，所述阴极储水罐的出气口设置防水透气阀，所述防水透气阀连接引射器，所述引射器用于输送经所述超声波发生器脱除的气体。

3、优选的，所述引射器设置压力传感器，用于监测负压值。

4、优选的，所述引射器连接压力调节阀，所述压力调节阀用于调节所述引射器高压驱动气体的压力。

5、优选的，所述压力调节阀连接阴极气液分离罐，所述阴极储水罐设置氢浓度传感器，所述阴极气液分离罐与所述氢浓度传感器配合用于启闭所述压力调节阀。

6、一种pem电解槽阴阳极循环水装置的控制方法，包括：

7、判断阴极气液分离罐的液位是否低于预设液位；

8、阴极气液分离罐的液位低于预设液位时，关闭阴极气液分离罐排水阀与压力调节阀，再判断阴极气液分离罐液位是否高于输出液位及氢浓度传感器示数是否高于预设的浓度数值；

9、若阴极气液分离罐液位高于输出液位，打开阴极气液分离罐排水阀直到阴极气液分离罐液位小于等于输出液位；

10、若氢浓度传感器示数高于预设的浓度数值，打开压力调节阀，基于对引射入口目标氢压的判断结果来调节压力调节阀的占空比，直到氢浓度传感器示数小于等于预设的浓度数值；

11、阴极气液分离罐的液位不低于预设液位时，同步打开阴极气液分离罐排水阀与压力调节阀，直到阴极气液分离罐液位小于等于输出液位，且基于对引射入口目标氢压的判断结果来调节压力调节阀的占空比，直到氢浓度传感器示数小于等于预设的浓度数值。

12、一种pem电解槽阴阳极循环水装置应用的系统，包括：电解槽本体，所述电解槽本体连接纯化系统，所述纯化系统连接氢气压缩机；

13、所述纯化系统通过阴极排水路连接阴极储水罐，所述阴极排水路用于将所述电解槽本体阴极侧排出的水输送至所述阴极储水罐；

14、所述纯化系统通过回流氢气路连接引射器，所述回流氢气路用于将所述阴极储水罐分离出的气体输送至所述纯化系统。

15、优选的，所述电解槽本体连接有所述循环水装置，所述循环水装置用于回收所述电解槽本体阴极侧排出的水。

16、优选的，所述氢气压缩机通过高压氢气路连接压力调节阀。

17、优选的，所述电解槽本体连接回流水路，所述回流水路设置两条支路，一条所述支路连接所述阴极储水罐，另一条所述支路连接阳极储水罐。

18、本发明的技术效果和优点：

19、1、本发明中，将阴极储水罐与阳极储水罐设计为内、外胆的一体式结构，使电解槽产生的热量回收，进而保证阴极储水罐与阳极储水罐中的水温保持一致，提高了系统的热回收能力与温度控制能力。

20、2、本发明中，通过设置阴极排水路、阳极排水路和回流水路，并结合pem电解槽阴阳极循环水装置，实现了系统的稳定回水，减少了系统的水消耗量、增强了系统的安全性与热回收能力。

21、3、本发明中，pem电解槽阴阳极循环水装置应用的系统，可以将电解槽本体阴极排水安全的循环回阳极侧，并将阴极回水中的溶解氢和排放氢再次循环回纯化系统，增加了系统的氢气产量，提高了整个系统的经济性。

技术特征：

1.一种pem电解槽阴阳极循环水装置，适用于电解槽，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的循环水装置，其特征在于，所述阴极储水罐的出气口设置防水透气阀，所述防水透气阀连接引射器，所述引射器用于输送经所述超声波发生器脱除的气体。

3.根据权利要求2所述的循环水装置，其特征在于，所述引射器设置压力传感器，用于监测负压值。

4.根据权利要求3所述的循环水装置，其特征在于，所述引射器连接压力调节阀，所述压力调节阀用于调节所述引射器高压驱动气体的压力。

5.根据权利要求4所述的循环水装置，其特征在于，所述压力调节阀连接阴极气液分离罐，所述阴极储水罐设置氢浓度传感器，所述阴极气液分离罐与所述氢浓度传感器配合用于启闭所述压力调节阀。

6.一种pem电解槽阴阳极循环水装置的控制方法，其特征在于，包括：

7.一种pem电解槽阴阳极循环水装置应用的系统，其特征在于，包括：电解槽本体，所述电解槽本体连接纯化系统，所述纯化系统连接氢气压缩机；

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述电解槽本体连接有如权利要求1-5任一所述循环水装置，所述循环水装置用于回收所述电解槽本体阴极侧排出的水。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述氢气压缩机通过高压氢气路连接压力调节阀。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述电解槽本体连接回流水路，所述回流水路设置两条支路，一条所述支路连接所述阴极储水罐，另一条所述支路连接阳极储水罐。

技术总结
本发明公开了一种PEM电解槽阴阳极循环水装置，适用于电解槽，包括：阴极储水罐与阳极储水罐，阴极储水罐用于储存电解槽阴极侧排出的水，阳极储水罐用于储存电解槽阳极侧排出的水，阴极储水罐套设有阳极储水罐，使阴极储水罐与阳极储水罐形成一双层罐体结构，用以将阴极储水罐内的液体与阳极储水罐内的液体进行热量传递，阴极储水罐设置超声波发生器，超声波发生器发出的超声波通过破坏气泡的液相张力，用以对水进行超声脱气。本发明中，将阴极储水罐与阳极储水罐设计为内、外胆的一体式结构，使电解槽产生的热量回收，进而保证阴极储水罐与阳极储水罐中的水温保持一致，提高了系统的热回收能力与温度控制能力。

技术研发人员：张旭,杨帅鹏,周百慧,马超,赵兴旺,谢建华
受保护的技术使用者：北京亿华通科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/7