[发明专利]蒸发冷却介质自循环全浸式的水电解制氢系统及使用方法

说明书

本发明公开了一种蒸发冷却介质自循环全浸式的水电解制氢系统，涉及氢能技术领域。它包括垂直阵列制氢单元、补蒸发冷却介质系统，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；补蒸发冷却介质系统包括密封容器，冷凝盘管，集液盘，储气罐，溶液箱；氢气加压装置与储气罐连接；密封容器内有淹没垂直阵列制氢单元和储气罐的蒸发冷却介质。本发明将直接蒸发冷却技术与水电解制氢系统结合，充分利用了蒸发冷却介质气液相态变化自循环带走热量，无需提供额外动能，运行过程换热效率高、能适应多种工况。本发明还涉及这种蒸发冷却介质自循环全浸式的水电解制氢系统的使用方法。

技术领域

本发明涉及氢能技术领域，更具体地说它是一种蒸发冷却介质自循环全浸式的水电解制氢系统。本发明还涉及这种蒸发冷却介质自循环全浸式的水电解制氢系统的使用方法。

背景技术

氢气作为未来清洁能源的重点研究方向，随着制氢技术日趋成熟和完善，制氢容量也在逐步增大，进而导致制氢设备占用的空间也在逐渐增大，制氢过程中产生的热量也更加庞大。以往常规的开敞式冷却散热效果(空冷)对周围环境要求较高，且散热效果不甚理想；根据水电解制氢工艺要求，相应的设备温度必须控制在一定的范围内，不得超过规定值；而氢气又是易燃易爆炸的危险性气体，在有氧环境下遇高温易产生事故，制氢过程中的散热问题需要引起重视。

因此，研发一种蒸发冷却介质自循环全浸式的水电解制氢系统很有必要。

发明内容

本发明的第一目的是为了克服上述背景技术的不足之处，而提供一种蒸发冷却介质自循环全浸式的水电解制氢系统。

本发明的第二目的是为了提供这种蒸发冷却介质自循环全浸式的水电解制氢系统的使用方法。

为了实现上述第一目的，本发明的技术方案为：蒸发冷却介质自循环全浸式的水电解制氢系统，其特征在于：包括多组垂直阵列制氢单元、补蒸发冷却介质系统，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、多个气液分离器、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；

所述补蒸发冷却介质系统包括密封容器，位于密封容器内顶部的多根冷凝盘管，位于密封容器内、且位于冷凝盘管下方的集液盘，位于密封容器内、且位于集液盘下方的储气罐，位于密封容器外、且与集液盘连接的溶液箱；

所述垂直阵列制氢单元位于密封容器内底部，所述氢气加压装置与储气罐连接；

所述密封容器内有淹没垂直阵列制氢单元和储气罐的蒸发冷却介质；

所述溶液箱通过回液管与密封容器底部连接。

在上述技术方案中，所述补蒸发冷却介质系统还包括与密封容器底部连接的补介质管,所述补介质管上有补介质阀。

在上述技术方案中，所述所述补蒸发冷却介质系统还包括位于密封容器顶部的泄漏收集贮气间。

在上述技术方案中，所述集液盘有坡度，集液盘靠近溶液箱为下坡，集液盘与冷凝盘管的对应处有集液凹槽。

为了实现上述第二目的，本发明的技术方案为：蒸发冷却介质自循环全浸式的水电解制氢系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：打开补介质阀，通过补介质管往密封容器内注入蒸发冷却介质，蒸发冷却介质淹没垂直阵列制氢单元和储气罐时关闭补介质阀；

步骤2：调整集液盘的坡度，保证冷凝放热后的液态蒸发冷却介质能沿着坡度方向流动至溶液箱；将冷却水通入冷凝盘管；

步骤3：垂直阵列制氢单元开始工作，运行一段时间后，液态蒸发冷却介质蒸发上升，冷凝盘管表面出现水滴，即气态的蒸发冷却介质冷凝液化，并逐渐聚集滴落至集液盘，流动至溶液箱

步骤4：溶液箱通过回液管使蒸发冷却介质流回至密封容器内，完成蒸发冷却介质自循环。