具体实施方式

为使本申请的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

现有技术中利用固体氧化物电解池制氢时采用电加热器对气体及水蒸气进行加热会存在氢气和水蒸气混合以后还要进行电加热，存在安全隐患；电加热器的电能品位最高，会造成能源浪费；利用电加热器进行加热从而提高了整个系统的电压，因此在同样电解的情况下，系统能耗原高，制氢的效率越低的技术问题。

为此，本申请提供了一种具有固体氧化物电解槽1的制氢系统，包括为固体氧化物电解槽1提供压缩空气的供氧线路，为固体氧化物电解槽1提供水蒸气的供水线路，导出固体氧化物电解槽1中氢气的出氢线路，并在出氢线路末端设置水气分离装置2，出氢线路通过水气分离装置2的出水端与供水线路连接形成水循环线路，水气分离装置2的出气端连接有储气罐3，储气罐3通过水气混合装置4与供水线路连接，通过在供水线路上设置用于加热水蒸气的换热器，在供氧线路上设置用于加热空气的氢气燃烧加热装置5，以此来替换电加热装置。

实施例：

图1至图2出示了本申请具有固体氧化物电解槽1的制氢系统的一种实施例。

本申请实施例公开了一种具有固体氧化物电解槽1的制氢系统，包括固体氧化物电解槽1，固体氧化物电解槽1中间是致密的电介质层，用于隔开两侧的气体和传输阳离子，材料大多采用阳离子导体，如YSZ或ScSZ等，两侧是多孔的氢电极和氧电极，多孔的结构有利于气体的扩散和传输，氢电极的材料目前常用Ni或YSZ多孔金属陶瓷，氧电极的材料主要是含有稀土元素的钙钛矿氧化物材料，氢电极和氧电极分别连接直流电源的负极和正及，通过电极反应将电能转换为化学能，其中阴极反应 ：H₂O +2e^-→H₂+ O^2- ；阳极反应 ：O^2-→2e^-+ 1／2O₂，总反应 ：H₂O→H₂+1／2O₂。

请参考图1，在本申请实施例中，供水线路与固体氧化物电解槽1的阴极侧连接，从而通过供水线路为固体氧化物电解槽1提供电解制氧所需的水蒸气；出氢线路与固体氧化物电解槽1的阳极侧连接，从而将固体氧化物电解槽1制得的氧气导入储气罐3，在将水蒸气导入固体氧化物电解槽1内时，为了保证固体氧化物电解槽1阴极的还原气氛，防止Ni被氧化，因此在水蒸气中需要混入少量的氢气，所以将储气罐3通过水气混合装置4与供水线路连接，通过对自身产生的氢气进行利用可有的效降低系统成本。

同时，为了保证固体氧化物电解槽1阴极的氧化气氛，需要同时向固体氧化物电解槽1中导入压缩空气，供氧线路与固体氧化物电解槽1的阴极侧连接从而为其提供压缩空气。

而固体氧化物电解槽1的效率很大程度上取决于阴极、阳极上电化学反应速率和电解质中氧传递速率。电极和电解质需要在高温下运行才能有良好的导电率和反应率，而固体氧化物电解槽1的工作温度需要保持在500℃-1000℃的范围内，为了保证固体氧化物电解槽1内的工作温度，因此在压缩空气或水蒸气导入前都需要进行加热，从而在供水线路设置有用于加热水蒸气的换热器，该换热器设置在水气混合装置4前，水蒸气加热后再混入少量氢气可降低安全风险，并在供氧线路上设置有用于加热空气的加热装置，该加热装置包括氢气燃烧加热装置5，氢气燃烧加热装置5是以氢气为能源对压缩空气进行加热，此处的氢气来源于储气罐3，现有技术中是在将水蒸气与氢气混合以后再通过电加热装置进行加热，现在是在利用换热器进行加热后在进行水蒸气与氢气的混合，将电加热装置替换成换热器及将加热工序前置在将水蒸气与氢气混合前进行加热均可以减小安全隐患，而将原有的电加热装置通过换热器及氢气燃烧加热装置5进行替换，从而可以减少整个系统的能耗，降低制氢成本，且氢气燃烧加热装置5的氢气来源为电解水产生的氢气，而换热器热流体的来源也出自系统本身，因此在不增加能耗的基础上本系统可以大大提高制氢效率。

在本申请的实施例中，为了更好的制得氢气，因此在出氢线路末端增加水气分离装置2，水气分离装置2的出气端连接有储气罐3，而出氢线路通过水气分离装置2的出水端与供水线路连接形成水循环线路，从而将出氢线路中分离出来的水输送至供水线路中进行重复使用，以减少整个系统的能耗损失。

其中，水气分离装置2为离心式水气分离器，一种离心式气水分离器，括壳体，壳体与外部的驱动装置传动连接，壳体的内部设有气水分离腔，气水分离腔用于对进入气水分离腔的气水混合物进行气水分离，壳体的外表面均匀开设有排水孔，气水分离腔的内部设有泡沫多孔填料，泡沫多孔填料用于增加气水分离腔的流动阻力。

其中，氢气燃烧加热装置5是以氢气为燃料将氢气点燃后对压缩空气进行加热，其中氢气燃烧加热装置5的氢气来源为储气罐3，从而减少外部能源的消耗。

在本申请的实施例中，换热装置包括串联设置的第一换热器6及第二换热器7，其中第一换热器6的热流体的来源为出氢线路，出氢线路中会导出富有氢气的过热水氢混合物，在水氢混合物导出的时候温度比较高，因为固体氧化物电解槽1内的工作温度为500℃-1000℃，而水氢混合物在水氢分离前必须要进行降温，因此将水氢混合物与供水线路中的水蒸气通过第一换热器6进行换热，不仅可以降低水氢混合物的温度，还可以对水蒸气进行加温，充分利用了系统的可再生能源，供水线路通过第一换热器6与出氢线路相交。

其中，第二换热器7的热流体来源为为供氧线路，供氧线路中通过氢气燃烧加热装置5加热的加热空气温度会比较高，通常将加热空气导入固体氧化物电解槽1前必须进行降温，因此将加热空气与供水线路中的水蒸气通过第二换热器7进行换热，不仅可以降低加热空气的温度，还可以对水蒸气进行加热，充分利用了系统的可再生能源，供水线路通过第二换热器7与供氧线路相交，第二换热器7设置在供氧线路的末端，因为必须经过氢气燃烧加热装置5加热后的加热空气才可能进行换热处理。

在申请的实施例中，如图1中虚线所示，供氧线路上通过导风管依次串联有风机8、第三换热器9、氢气燃烧加热装置5及第二换热器7，其中，第三换热器9的热流体来源为固体氧化物电解槽1的阳极侧流出的高温空气，该高温空气为固体氧化物电解槽1排出的废气，由于固体氧化物电解槽1内的工作温度为500℃-1000℃，因此该排出气体的温度肯定比较高，在作为热流体导入第三换热器9后可以实现系统能源的充分利用。

其中，供氧线路的具体工作流程为首先通过风机8压缩空气，其次通过第三换热器9升高空气温度，接着通过氢气燃烧加热器再次升高温度，然后通过第二换热器7降低温度，最后导入固体氧化物电解槽1。

在本申请的实施例中，如图1中点划线所示，供水线路上通过水管依次串联有水箱10、水泵11、蒸汽发生器12、第一换热器6、第二换热器7及水气混合装置4，其中供水线路的具体工作流程为，水泵11将水箱10中的液态水抽取进入蒸汽发生器12，接着蒸汽发生器12将气态的水依次导入第一换热器6和第二换热器7对水蒸气进行加热，然后通过水气混合装置4混入氢气，最后导入固体氧化物电解槽1。

在本申请的实施例中，出氢线路包括第一支路和第二支路，第一支路上通过水管依次串联有第一换热器6、水气分离装置2及水箱10，第二支路通过水管依次串联有第一换热器6、水气分离装置2及储气罐3，第一换热器6与水气分离装置2间设置有用于冷凝水氢混合物的冷凝装置13，水气分离装置2与储气罐3间设置有增压泵14，水气分离装置2通过出水端与水箱10连接，水气分离装置2通过出气端与增压泵14相连。

其中，第一支路的具体工作流程为，将固体氧化物电解槽1中的水氢混合物导入第一换热器6进行初步降温，然后通过冷凝器将水氢混合物中的气态水冷凝成液态水，接着通过水气分离装置2将液态水分离，并最终导入水箱10进行重复使用。

其中，第二支路的具体工作流程为，将固体氧化物电解槽1中的水氢混合物导入第一换热器6进行初步降温，然后通过冷凝器将水氢混合物中的气态水冷凝成液态水，接着通过水气分离装置2将氢气分离，并最终通过增压泵14的压缩导入储气罐3中。

请参考图2，在本申请的实施例中，储气罐3与氢气燃烧加热装置5间设置有用于调节储气罐3供气量的调节阀15，氢气燃烧加热装置5的出气端设有用于检测出气温度的温度检测装置16，温度检测装置16通过控制装置17与调节阀15连接，控制装置17内设定有标准温度范围，当温度检测装置16检测到的温度不在标准温度范围内时，控制装置17通过调节阀15控制储气罐3流向氢气燃烧加热装置5的出气量。

其中，温度检测装置16对氢气燃烧加热装置5的出气端温度进行检测并在检测到的温度发送至控制装置17中，控制装置17对检测到的温度与标准温度范围比较，当检测到的温度不在标准温度范围内时，控制装置17控制储气罐3流向氢气燃烧加热装置5的出气量，从而将检测到的温度控制在标准温度范围内。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。