[发明专利]一种利用热泵回收电解水制氢余热的系统及方法

说明书

本发明公开了一种利用热泵回收电解水制氢余热的系统及方法，包括电解水制氢单元和热泵单元，所述电解水制氢单元用于电解水制氢气、氧气，并产生热量；所述热泵单元用于回收所述电解水制氢单位的电解水制氢余热，并向对外供热设备提供热源。本发明能够利用热泵将电解水制氢过程中产生的低品质热转化成高品质热加以利用，提高整体电能转换效率。

技术领域

本发明属于电解水制氢领域，具体涉及一种利用热泵回收电解水制氢余热的系统及方法。

背景技术

氢气具有热值高、制取所用原料来源广、燃烧产物无污染等特点，被认为是最具发展潜力的的能源载体。根据制氢过程中的二氧化碳排放量不同，业界将氢气分为灰氢、蓝氢、绿氢等。采用常规方法通过化石能源生产的氢气被称为灰氢，生产过程排放大量二氧化碳。如果在化石燃料制氢过程中进行二氧化碳捕集、封存、利用，使多数二氧化碳都得到妥善处置，获得的氢即为蓝氢。绿氢则是指以可再生能源生产的氢气，全程没有碳排放，是低碳、可持续发展的必然选择。目前，以可再生能源发电获得的清洁电力进行电解制氢是最主要的绿氢生产方式。

在标准状况下，水分解反应的热力学电压为1.23V，然而在实际的电解水过程中，由于动力学因素和电极、电解液、隔膜等电阻的存在，使得实际施加的电压均高于1.23V。高于热力学电压的部分电能会在电解槽内产生热量，为保持电解槽温度操作稳定的稳定，需要通过冷却电解液除去不断产生的热量。因此，电解水制氢过程存在一部分热能损失，使得电能整体转换效率仅达到60％左右(以氢气低温热值计)。

因此，本领域需要开发利用热泵回收电解水制氢余热的系统及方法，提高电解水制氢的电能转换效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用热泵回收电解水制氢余热的系统及方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明能够利用热泵将电解水制氢过程中产生的低品质热转化成高品质热加以利用，提高整体电能转换效率。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用热泵回收电解水制氢余热的系统，包括电解水制氢单元和热泵单元，所述电解水制氢单元用于电解水制氢气、氧气，并产生热量；所述热泵单元用于回收所述电解水制氢单位的电解水制氢余热，并向对外供热设备提供热源。

进一步地，所述电解水制氢单元产生的高温电解液作为所述热泵单元的高温热源，所述电解水制氢单元产生的高温氢气和高温氧气作为所述热泵单元的低温热源。

进一步地，所述电解水制氢单元包括电解槽、气液分离系统和循环泵，所述热泵单元包括发生器、冷凝器、吸收器和蒸发器；

所述电解槽电解液出口与气液分离系统电解液入口连接，气液分离系统电解液出口与发生器高温热源入口连接，发生器高温热源出口与循环泵入口连接，循环泵出口与电解槽电解液入口连接；气液分离系统高温氢气出口和高温氧气出口与蒸发器低温热源入口连接；

所述发生器的制冷剂出口与冷凝器制冷剂入口连接，冷凝器制冷剂出口与蒸发器制冷剂入口连接，蒸发器制冷剂出口与吸收器制冷剂入口连接；吸收器稀溶液出口与发生器稀溶液入口连接，发生器浓溶液出口与吸收器浓溶液入口连接，吸收器设置的循环水入口，吸收器循环水出口与冷凝器循环水入口连接，冷凝器循环水出口连接对外供热设备。

进一步地，所述对外供热设备的回水连接至吸收器循环水入口。

进一步地，所述电解槽为碱性电解槽或固体聚合物电解槽。

进一步地，所述电解液为KOH碱性溶液或纯水。

进一步地，所述制冷剂为溴化锂溶液或氨水溶液。

一种利用热泵回收电解水制氢余热的方法，水通过电解水制氢单元制氢气、氧气，并产生热量，然后热泵单元回收电解水制氢单元的制氢余热，并向对外供热设备提供热源。