CN216107236U - 一种全浸式垂直单元水电解制氢*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种全浸式垂直单元水电解制氢***,涉及氢能技术领域。它包括垂直阵列制氢单元、全浸入式附属***,垂直阵列制氢单元由下到上依次包括电解槽、气液分离器、干燥提纯装置和氢气加压装置,多组垂直阵列制氢单元平行间隔布置;全浸入式附属***包括水密封容器、储存***、冷却循环***、图像监控***;氢气加压装置与储存***连接。本实用新型在常规平面布置水电解制氢***的结构形式的基础上进行了优化设计,改变传统制氢站各功能区分开布置的方式,采用垂直阵列布置,充分利用垂直高度空间,减少水平长度的约束。
Description
技术领域
本实用新型涉及氢能技术领域,更具体地说它是一种全浸式垂直单元水电解制氢***。
背景技术
众所周知,氢是自然界中最轻的元素并且它的用途十分广泛,几乎涉及到国民经济的各个领域。随着石油,煤等一次性用的化石燃料的日益枯竭以及本身此类能源污染性大,而氢作为一种清洁的可再生的能源,必将具有很大的应用前景;所以在制氢技术、储氢材料及氢能的利用方面等需进行开创性的研究。
由于水电解制氢对比其它方案具有较大的优势,因此,目前行业研究重点为水电解制氢,传统的电解水制氢***主要面对以下两大难题:
1)制氢设备的对场地面积的要求大:无论采用碱液、PEM质子交换膜还是固体氧化物方式,制氢设备以往大多采用平面布置,这种布置方式将根据单个电解槽的大小并排布置,占地面积会随着制氢规模的变大而剧增;在现实条件中,往往无法提供足够大的制氢场地,或为了满足制氢场地要求,而增加了大量的建造投资;因此,需对水电解制氢装置的结构形式进行优化设计。
2)水电解制氢是通过通电使相应的电解质溶液中的水分解产生氢气;而氢气是一种易燃易爆的气体,且渗透力大、穿透力强,在开敞空间易泄露,一旦聚集到一定的浓度遇火花,便可引起燃烧或***;因此,对于制氢以及储氢过程,如何安全、可靠的防止或避免制氢泄露而造成安全事故非常关键。
因此,在既考虑节约占地又保证安全可靠的条件下,研发一种全浸式垂直单元水电解制氢***很有必要。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服上述背景技术的不足之处,而提供一种全浸式垂直单元水电解制氢***。
为了实现上述目的,本实用新型的技术方案为:一种全浸式垂直单元水电解制氢***,其特征在于:包括多组垂直阵列制氢单元、全浸入式附属***,每组所述垂直阵列制氢单元由下到上依次包括多个电解槽、气液分离器、干燥提纯装置和氢气加压装置,多组垂直阵列制氢单元平行间隔布置;
所述全浸入式附属***包括水密封容器、位于水密封容器内顶部的储存***、与水密封容器连接的冷却循环***、与水密封容器连接的图像监控***;
所述垂直阵列制氢单元位于水密封容器内底部,所述氢气加压装置与储存***连接。
在上述技术方案中,所述全浸入式附属***还包括泄漏收集贮气间,所述泄漏收集贮气间位于水密封容器顶部,泄漏收集贮气间顶部与排气管连接,所述排气管上有排气阀。
在上述技术方案中,所述冷却循环***包括补水管和出水管,所述补水管和出水管均与水密封容器内底部的侧面连接,所述补水管上有补水阀,所述出水管上有出水阀。
在上述技术方案中,所述水密封容器内顶部的侧面与泄水管连接,水密封容器内底部的侧面与放空管连接,所述泄水管上有泄水阀,所述放空管上有放空阀。
在上述技术方案中,所述水密封容器顶部有透明盖板。
本实用新型与现有技术相比,具有以下优点:
1)本实用新型在常规平面布置水电解制氢***的结构形式的基础上进行了优化设计,改变传统制氢站各功能区分开布置的方式,采用垂直阵列布置,充分利用垂直高度空间,减少水平长度的约束。
2)本实用新型垂直阵列制氢单元和储存***均内置于水密封容器中,垂直阵列制氢单元和储存***通过管道连接,垂直阵列制氢单元和储存***将水密封容器内分隔为两个水下空间;水密封容器内充满水,垂直阵列制氢单元和储存***均至于水下,可保证更好的冷却效果。
3)本实用新型结合图像监控***,监控各种异常问题,并进行报警与控制;同时,利用氢气不溶于水的特性,将泄露氢气收集至泄漏收集贮气间集中回收或排放至室外,做到氢气泄露及时观察发现及时回收处理,降低建筑物布置要求,综合实现高空间利用率、安全稳定运行的水电解制氢***。
附图说明
图1为本实用新型垂直阵列制氢单元的结构示意图。
图2为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本实用新型的实施情况,但它们并不构成对本实用新型的限定,仅作举例而已。同时通过说明使本实用新型的优点将变得更加清楚和容易理解。
参阅附图可知:一种全浸式垂直单元水电解制氢***,其特征在于:包括多组垂直阵列制氢单元1、全浸入式附属***2,每组所述垂直阵列制氢单元1由下到上依次包括多个电解槽11、气液分离器12、干燥提纯装置13和氢气加压装置14,多组垂直阵列制氢单元1平行间隔布置;
所述全浸入式附属***2包括水密封容器21、位于水密封容器21内顶部的储存***22、与水密封容器21连接的冷却循环***23、与水密封容器21连接的图像监控***24;
所述垂直阵列制氢单元1位于水密封容器21内底部,所述氢气加压装置14与储存***22连接。
所述全浸入式附属***2还包括泄漏收集贮气间25,所述泄漏收集贮气间25位于水密封容器21顶部,泄漏收集贮气间25顶部与排气管251连接,所述排气管251上有排气阀252。
所述冷却循环***23包括补水管231和出水管232,所述补水管231和出水管232均与水密封容器21内底部的侧面连接,所述补水管231上有补水阀233,所述出水管232上有出水阀234。
所述水密封容器21内顶部的侧面与泄水管211连接,水密封容器21内底部的侧面与放空管212连接,所述泄水管211上有泄水阀213,所述放空管212上有放空阀214。
所述水密封容器21顶部有透明盖板215。
一种全浸式垂直单元水电解制氢***的使用方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:打开补水阀233,补水管231往水密封容器21里注水,关闭出水阀234和放空阀214,打开排气阀252,直至水密封容器21内的水位线和观察窗平齐,然后关闭补水阀233和排气阀252,***开始正常运行;
步骤2:当发生气体泄漏时,泄漏气体在水中会形成气泡,可通过水密封容器21顶部的透明盖板215观测气泡形态或图像监控***24检测气泡运动轨迹和形态,来判断泄露情况,并开启泄漏收集贮气间25进行气体回收或将气体排出;
步骤3:当气体泄漏量超过图像监控***24阈值时,图像监控***24直接关闭垂直阵列制氢单元1。
实际使用中,垂直阵列制氢单元1的功能介绍如下:
电解槽11:用于电解水制氢气、氧气,整个电解过程均在电解槽11中发生;电解槽11槽体内部,通电及碱液***均采用密封设备与外界隔离,其他防护外壳均可直接浸入水下。
气液分离器12:电解槽11中的水在直流电的作用下被分解成H2与O2,并与循环电解液一起分别进入氢(氧)分离器进行气液分离。分离后的氢(氧)气由调节阀控制输出,进入下一工艺处理过程。
干燥提纯装置13:用于进行氢气的干燥和提纯。
氢气压缩装置14:采用压缩机,使氢气压力达到存储或输送要求。
碱液箱:碱液箱为初次配制碱液和通过碱液泵向制氢***输送碱液用,维修时可用来储存从制氢***退回的碱液,与补水***联合使用。
补水***:补水***为制氢用水而设的储存器,通过补水泵自动向制氢***补充纯水,维修时也可用来储存从制氢***退回的碱液。
垂直阵列结构支架15:采用不锈钢或其他金属结构件,组成扁平、盒状的整体结构框架,可分为电解槽、分离、提纯干燥、加压储存四层垂直布置空间;为加强、加重、安全、防倾覆、防变形整体支架基础,并能实现快速、后置式安装和扩展。
全浸入式附属***2的功能介绍如下:
水密封容器21:容器内装有水,将电解槽11、储存***22内置于水中淹没,防止氢气泄露至外部空间,形成安全隐患;顶部有透明盖板215,用于全程、全方位观测装置的运行情况。
储存***22:用于分级储存电解水制成的氢气和氧气,存储可采用金属材质或新型轻质复合材料,相关要求需满足GB 4962-2008《氢气使用安全技术规程》等相关标准、规范规定。
图像监控***24:电解水气压、温度、循环水流量等全套配电、控制***。
泄漏收集贮气间25:用于氢气一旦发生泄露时及时回收或排放,配套观测间和排气阀252。
冷却循环***23:外接循环泵,对水密封容器21内的水进行循环冷却,排除制氢过程中的设备散热量。
本实用新型在常规平面布置水电解制氢***的结构形式的基础上进行了优化设计,改变传统制氢站各功能区分开布置的方式(当电解水制氢规模为10MW或1000nm3/h时,传统平面布置需要1000m2),采用垂直阵列布置(框架式结构),充分利用垂直高度空间,减少水平长度的约束;同时制氢***和储氢***均内置于水密封容器,两者通过管道连接,为水密封容器内分隔的两个水下空间。水密封容器内充满水,制氢、含氢设备均至于水下,可保证更好的冷却效果。
本实用新型结合图像监控***24,监控各种异常问题,并进行报警与控制。同时,利用氢气不溶于水的特性,将泄露氢气收集至贮气装置集中回收或排放至室外,做到氢气泄露及时观察发现及时回收处理,降低建筑物布置要求。综合实现高空间利用率、安全稳定运行的水电解制氢***。
如图1所示,本实用新型每组垂直阵列制氢单元1采用垂直四层布置,四个制氢单元,每个制氢单元碱液电解***最大功率约5MW,产氢率1000nm3/h;如图2所示,每组垂直阵列制氢单元1间隔2m,多组并联运行,产生的氢气经加压储存于储存***22中;
每组垂直阵列制氢单元1内部水电解制氢的工艺流程与常规的水电解制氢工艺流程基本相同,区别在于:
1)如图1所示,电解槽11、气液分离器12、干燥提纯装置13、氢气压缩装置14等采用垂直阵列布置,各部件通过管路联通;电解槽11内接收补水***及碱液箱补充的电解液,然后通过配电控制柜向电解槽11提供电能,电解产生氢气和氧气,并经以上设备工艺处理制备出高纯度氢气和氧气。
2)含氢设备均至于装有水的水密封容器21中,各设备均考虑了水压对本体的影响;连接储氢、储氧装置的氧气输送管道和氢气输送管道设置防静电接地;仪器仪表及电控设备等构件的连接电缆均为防水型,并采用水下耐腐蚀密封管道作为保护套管。
其它未说明的部分均属于现有技术。
Claims (5)
1.一种全浸式垂直单元水电解制氢***,其特征在于:包括多组垂直阵列制氢单元(1)、全浸入式附属***(2),每组所述垂直阵列制氢单元(1)由下到上依次包括多个电解槽(11)、多个气液分离器(12)、干燥提纯装置(13)和氢气加压装置(14),多组垂直阵列制氢单元(1)平行间隔布置;
所述全浸入式附属***(2)包括水密封容器(21)、位于水密封容器(21)内顶部的储存***(22)、与水密封容器(21)连接的冷却循环***(23)、与水密封容器(21)连接的图像监控***(24);
所述垂直阵列制氢单元(1)位于水密封容器(21)内底部,所述氢气加压装置(14)与储存***(22)连接。
2.根据权利要求1所述的一种全浸式垂直单元水电解制氢***,其特征在于:所述全浸入式附属***(2)还包括泄漏收集贮气间(25),所述泄漏收集贮气间(25)位于水密封容器(21)顶部,泄漏收集贮气间(25)顶部与排气管(251)连接,所述排气管(251)上有排气阀(252)。
3.根据权利要求2所述的一种全浸式垂直单元水电解制氢***,其特征在于:所述冷却循环***(23)包括补水管(231)和出水管(232),所述补水管(231)和出水管(232)均与水密封容器(21)内底部的侧面连接,所述补水管(231)上有补水阀(233),所述出水管(232)上有出水阀(234)。
4.根据权利要求3所述的一种全浸式垂直单元水电解制氢***,其特征在于:所述水密封容器(21)内顶部的侧面与泄水管(211)连接,水密封容器(21)内底部的侧面与放空管(212)连接,所述泄水管(211)上有泄水阀(213),所述放空管(212)上有放空阀(214)。
5.根据权利要求4所述的一种全浸式垂直单元水电解制氢***,其特征在于:所述水密封容器(21)顶部有透明盖板(215)。
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CN202122345397.6U CN216107236U (zh) | 2021-09-27 | 2021-09-27 | 一种全浸式垂直单元水电解制氢*** |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113755856A (zh) * | 2021-09-27 | 2021-12-07 | 长江勘测规划设计研究有限责任公司 | 一种全浸式垂直单元水电解制氢***及其使用方法 |
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2021
- 2021-09-27 CN CN202122345397.6U patent/CN216107236U/zh active Active
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