[发明专利]维持碱性电解系统液位平衡及抑制串气风险的装置和方法

说明书

本发明公开了一种维持碱性电解系统液位平衡及抑制串气风险的装置和方法，该方法包括在碱性电解系统中的两个气液分离器之间的U型管上安装用于抑制串气风险的安全装置。所述安全装置抑制碱性电解系统中的两个气液分离器串气风险的方式包括减缓U型管中液体流动速度、增加U型管中液体流动路程、减少U型管中液体通过安全装置流量中的至少一种。本发明可以有效在电解功率发生变化时有效避免一侧气液分离器中的碱液携带氢气或氧气在压力的作用下流入另一侧，进而避免液位平衡被打破而导致的串气风险，解决波动性可再生能源离网制氢下的安全性问题，提高碱性电解系统的离网制氢安全性能。

技术领域

本发明涉及电解水制氢技术领域，具体涉及一种维持碱性电解系统液位平衡及抑制串气风险的装置和方法。

背景技术

碱性电解系统通常采用30％质量浓度的KOH溶液作为电解质，镍网作为电极进行电解，分别在阴极和阳极处生成氢气和氧气。碱性电解系统的电极反应如下：

为了防止电解过程中的氢氧混合以及电极直接接触引起的短路，通常使用隔膜以隔离阴极和阳极小室。以前广泛使用的是石棉布作为隔膜，但由于石棉粉尘容易致癌，随着发展，现在使用的是有机物基底加亲水的添加物构成的隔膜，例如德国AGFA公司的Zirfon隔膜。

由上可知，由于1摩尔的水分解生成1摩尔的氢气和0.5摩尔的氧气，要保持氢气侧和氧气侧的压力平衡，需要通过调节两侧的薄膜调节阀、在氧气侧进行压力控制或在氧气侧进行液位控制来实现。同时，为了保证气液两相的压力差可以用气液分离器的液位差来反映，现有碱性电解系统中使用一个U型管(连通器)将两侧的气液分离器连接在一起，如图1所示。

然而，当采用可再生能源进行供能实现碱性电解系统的电解水制氢时，由于风电等可再生能源具有间歇性、周期性和地域性，导致为碱性电解系统提供的能源功率会出现波动变化。而当电解功率发生变化时，由于电解过程中产氢量：产氧量＝2:1，氢气侧和氧气侧的压力会出现波动。具体的，当功率上升时，氢气侧压力上升地更快，导致氢气侧气液分离器中的碱液在压力的作用下流到氧气侧的气液分离器中；当功率下降时，薄膜调节阀开度不变的情况下，氢气侧压力下降地更快，导致氧气侧气液分离器中的碱液在压力的作用下流到氢气侧的气液分离器中。

因此，在U型管中，当电解功率发生变化时，可能导致一侧气液分离器中的碱液携带氢气或氧气在压力的作用下流入另一侧，进而导致液位平衡被打破，产生串气的风险，引发安全隐患。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于：克服现有技术中碱性电解系统的电解功率发生变化时，导致U型管中液位平衡被打破，产生串气风险的缺陷，从而提供一种维持碱性电解系统液位平衡及抑制串气风险的装置和方法。

一种抑制碱性电解系统串气风险的方法，包括在碱性电解系统中的两个气液分离器之间的U型管上安装用于抑制串气风险的安全装置。

所述安全装置抑制碱性电解系统中的两个气液分离器串气风险的方式包括减缓U型管中液体流动速度、增加U型管中液体流动路程、减少U型管中液体通过安全装置流量中的至少一种。该安全装置包括但不限于阻尼装置、缓冲装置、限流装置等。

所述安全装置优选为抑制U型管中液体过快流动的限流装置，该限流装置包括封闭腔，一端端部伸入封闭腔的连通管；所述伸入封闭腔内的连通管一端端部封闭、侧面设置至少一个的节流孔。

所述限流装置中连通管的数量为两个，对称设置在封闭腔上。

所述封闭腔内还设置有至少一层将两个连通管分隔开的隔板，所述隔板上也设置有节流孔。

所述隔板的数量为一层，节流孔的直径为2mm,隔板上节流孔的数量为25个，连通管上的节流孔的数量为40个。

所述限流装置安装在U型管的中间部位。