[发明专利]一种碱性电解水制氢的热管理调节系统及其调节方法

说明书

本发明属于电解制氢相关技术领域，其公开了一种碱性电解水制氢的热管理调节系统及其调节方法，系统包括碱性电解水制氢子系统以及吸收式热泵子系统，吸收式热泵子系统包括发生器和蒸发器；碱性电解水制氢子系统包括电解槽、回热换热器以及气液分离装置，电解槽的氢气输出支路和氧气输出支路分别经发生器和蒸发器换热后输入回热换热器换热，回热换热器换热后输入气液分离装置进行气液分离，气液分离装置的液体输出管路分为第一支路和第二支路，第一支路穿过回热换热器，第一支路换热后与第二支路汇合，汇合后输入电解槽。本申请可以实现电解槽输出低品位能的利用，同时实现对电解槽输入碱液的加热，进而无需外部热源即可维持电解槽的正常工作温度。

技术领域

本发明属于碱性电解水制氢相关技术领域，更具体地，涉及一种碱性电解水制氢的热管理调节系统及其调节方法。

背景技术

近年来，可再生能源发电技术展现了巨大的发展潜力，利用富余电力进行电解制氢的方法成为了降低电解制氢能耗、提升发电综合利用率的重要途径，由于可再生能源的间歇性与随机性，其发电功率往往具有大幅度的波动性。对于当前市场上最为经济成熟的碱性电解水制氢技术而言，其电解过程的制氢效率可达到60％～75％，其中，仍有近30％的电能转化为热能。电解槽工作温度一般在80～90℃之间，但在低发电功率运行期间，电解功率只有正常运行的20％或更低，电解槽对外散热量大于电解产热量，槽温明显下降，此时电解槽运行温度无法达到电解反应最适工作温区，引起水电解反应速率下降、电解效率降低，这一特性一定程度上限制了可再生能源发电耦合碱性电解水制氢这一技术的发展空间。

中国专利CN113137783A公开了一种利用热泵回收电解水制氢余热的系统及方法，其公开了一种利用吸收式热泵分别回收电解产品气及电解溶液余热的方法，可以实现对碱性电解槽的余热回收；中国专利CN215062987和CN113137783公开了一种利用热泵回收电解水制氢余热的系统，但其调节能力差，不能根据负荷变动进行适应性调控；中国专利CN213295524公开了一种制氢装置循环水综合热处理系统，其公开了一种结合电解槽、储热池、锅炉系统及采暖设备的综合热处理系统，其储热池可回收电解槽废热及对制氢装置的保温。目前针对碱性电解水制氢反应过程的产热管理，以及低电功率运行下电解槽的温度调节问题的科学研究依然较少，碱性电解水制氢技术的装置运行稳定性、能源综合利用效率有所受限，相关综合热管理方法尚待探索。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种碱性电解水制氢的热管理调节系统及其调节方法，可以实现电解槽输出低品位能的利用，同时实现对电解槽输入碱液的加热，进而无需外部热源即可维持电解槽的正常工作温度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种碱性电解水制氢的热管理调节系统，所述系统包括碱性电解水制氢子系统以及吸收式热泵子系统，其中：所述吸收式热泵子系统包括发生器和蒸发器；所述碱性电解水制氢子系统包括电解槽、回热换热器以及气液分离装置，所述电解槽的氢气输出支路和氧气输出支路分别经所述发生器和蒸发器换热后输入所述回热换热器换热，回热换热器换热后的氢气输出支路和氧气输出支路输入所述气液分离装置进行气液分离，所述气液分离装置的液体输出管路分为第一支路和第二支路，第一支路穿过所述回热换热器以与其内的氢气输出支路和氧气输出支路换热，第一支路换热后与第二支路汇合，汇合后输入所述电解槽，所述第一支路和第二支路上均设有流量调节阀。

优选地，所述碱性电解水制氢子系统还包括冷风机，所述冷风机设于所述回热换热器上游，所述氢气输出支路和氧气输出支路分别经所述发生器和蒸发器换热后输入所述冷风机，经所述冷风机冷却后的氢气输出支路和氧气输出支路输入所述回热换热器。

优选地，所述吸收式热泵子系统还包括吸收器，所述吸收器设于所述蒸发器的下游，制冷剂在所述蒸发器内吸热后流入所述吸收器放热。

优选地，所述发生器和蒸发器之间设有冷凝器，所述发生器输出的气体经所述冷凝器冷凝后输入所述蒸发器。

优选地，所述蒸发器和吸收器侧的运行压力高于所述冷凝器和发生器侧的运行压力。