具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一一种可多堆并用的通用型电解水制氢测试系统

如图1所示为一种可多堆并用的通用型电解水制氢测试系统，其用于同种规格的多个电解槽堆stack1、stack2、stack3、stack4，其包括：氢侧压力调节阀1，氢侧压力传感器2，氢分离器3，氢侧液位计4，氢侧补水开关阀5，补水泵6，氧侧补水开关阀7，氧侧液位计8，氧分离器9，氧侧压力传感器10，氧侧压力调节阀11，氧侧回水阀12，氧侧排水阀13，氧侧冷却器14，氧侧原料循环泵15，氧侧温度传感器16，氢侧排水阀17，氢侧冷却器18，氢侧原料循环泵19，氧侧进口截止阀20，氢侧进口截止阀21，氧侧出口截止阀22，氢侧出口截止阀23，氢侧温度传感器24和氢侧回水阀25。

其中，所述的多个电解槽堆stack1、stack2、stack3、stack4为本发明的测试对象，每个电解槽堆的氢侧出口均设有氢侧出口截止阀23，所有的氢侧出口截止阀23并联汇总，且氢侧出口截止阀23汇总后的管道上安装有氢侧温度传感器24并与氢分离器3连接，氢分离器3的上侧安装有氢侧压力调节阀1、氢侧压力传感器2和氢侧补水开关阀5，氢分离器3的平行侧(即侧面)安装有氢侧液位计4，氢分离器3的下侧安装有氢侧排水阀17和氢侧回水阀25。氢侧回水阀25的后端设有依次连接的氢侧冷却器18、氢侧原料循环泵19、氢侧进口截止阀21以及电解槽堆的氢侧进口，其中氢侧进口截止阀21和电解槽堆的数量为多个，多个氢侧进口截止阀21通过氢侧原料循环泵19彼此并联，每个氢侧进口截止阀21分别连接其中一个电解槽堆的氢侧进口。

每个电解槽堆stack1、stack2、stack3、stack4的氧侧出口均有氧侧出口截止阀22，所有的氧侧出口截止阀22并联汇总，且氧侧出口截止阀22汇总后的管道上安装有氧侧温度传感器16并与氧分离器9连接，氧分离器9的上侧安装有氧侧压力调节阀11、氧侧压力传感器10和氧侧补水开关阀7，氧分离器9的平行侧安装有氧侧液位计8，氧分离器9的下侧安装有氢侧排水阀13和氧侧回水阀12。氧侧回水阀12的后端设有依次连接的氧侧冷却器14、氧侧原料循环泵15、氧侧进口截止阀20以及电解槽堆的氧侧进口，其中氧侧进口截止阀20和电解槽堆的数量为多个，多个氧侧进口截止阀20通过氧侧原料循环泵15彼此并联，每个氧侧进口截止阀20分别连接其中一个电解槽堆的氧侧进口。

所述的氢侧补水开关阀5、氧侧补水开关阀7的进口端均与同一补水泵6连接，所述补水泵6设置为提供原料水。其中，原料水可以是去离子水或碱液，所述碱液为弱碱碱液或者强碱碱液。

所述氢侧压力传感器2和氢侧压力调节阀1通信连接，且所述氧侧压力传感器10和氧侧压力调节阀11通信连接，因此所述的氢侧压力传感器2可以将其检测出的压力信号传输给氢侧压力调节阀1以控制氢侧压力调节阀1的开度，所述的氧侧压力传感器10可以将其检测出的压力信号传输给氧侧压力调节阀11以控制氧侧压力调节阀11的开度。

所述氢侧液位计4与所述氢侧补水开关阀5、氢侧排水阀17分别通信连接，因此，所述的氢侧液位计4可以将其检测到的液位信号传输给氢侧补水开关阀5和氢侧排水阀17，来控制这两个阀门的开闭。

所述氧侧液位计8与所述氧侧补水开关阀7、氧侧排水阀13分别通信连接，因此，所述的氧侧液位计8可以将其检测到的液位信号传输给氧侧补水开关阀7和氧侧排水阀13，来控制阀门的开闭。

在本实施例中，液位信号所表示的液位高度的控制要求为：不能低于液位计的低侧检测位点，且不能高于分离器上的补水口。对于强碱和弱碱的碱性电解液(即原料水)，要同时保证在电解消耗水份后，设备内的电解质浓度变化在1％以内(相比于目前的相关工业应用的国家标准GBT37562-2019要求的是27-32％，本申请的测试系统的要求要更高)。

也就是说，在本实施例中，当氢侧液位计4(或氧侧液位计8)检测到液位信号所表示的液位高度高于氢分离器3(或氧分离器9)上的补水口时，氢侧排水阀17(或氧侧排水阀13)开启；当液位信号所表示的液位高度低于氢分离器3(或氧分离器9)上的补水口时，氢侧排水阀17(或氧侧排水阀13)关闭。由此，满足液位信号所表示的液位高度的控制要求。

类似地，当氢侧液位计4(或氧侧液位计8)检测到液位信号所表示的液位高度低于氢侧液位计4(或氧侧液位计8)的低侧检测位点时，氢侧补水开关阀5(或氧侧补水开关阀7)开启；当液位信号所表示的液位高度高于氢侧液位计4(或氧侧液位计8)的低侧检测位点时，氢侧补水开关阀5(或氧侧补水开关阀7)关闭。由此，满足液位信号所表示的液位高度的控制要求。

所述氢侧温度传感器24与所述氢侧冷却器18通信连接，由此所述的氢侧温度传感器24可以将其检测到的温度信号传输给氢侧冷却器18，以控制器冷却量，进而控制进入氢分离器3的温度。在本实施例中，进入氢分离器3的所需的温度需要控制在60℃-95℃，根据需求设定。

所述氧侧温度传感器16与所述氧侧冷却器14通信连接，由此所述的氧侧温度传感器16可以将其检测到的温度信号传输给氧侧冷却器14，以控制器冷却量，进而控制进入氧分离器9的温度。其中，进入氧分离器9的所需的温度与进入氢分离器3的所需的温度一致，进入氧分离器9的所需的温度需要控制在60℃-95℃，根据需求设定。

如图1和图2所示，所述电解槽堆与直流电源26连接，从而由直流电源26提供电解所需的直流电；直流电源26具有多个电解挡位，并且能同时给多个电解槽堆供电；所述直流电源26能记录给每个电解槽堆26提供的电压和电流，并且能记录电解所需的总电压、总电流。

本发明的可多堆并用的通用型电解水制氢测试系统的所需测试的数据包括：电解槽堆的伏安特性曲线、产氢效率随工作温度和压力的影响以及多个电解槽堆联合使用的可行性。其中，电解槽堆的伏安特性曲线都是通过直流电源26来记录电压、电流的数据从而得到相应的曲线，产氢效率随工作温度和压力的影响则是通过氢侧液位计4、氧侧液位计8测量液位，氧侧温度传感器16、氢侧温度传感器24测量温度，以及氢侧压力传感器2、氧侧压力传感器10测量压力，来得到的。

实施例二可多堆并用的通用型电解水制氢测试方法

基于上文所述的可多堆并用的通用型电解水制氢系统，所实现的可多堆并用的通用型电解水制氢测试方法在四种工作模式之间可切换，工作模式包括强碱制氢电解槽堆的测试模式、纯水制氢电解槽堆的测试模式、弱碱制氢电解槽堆的电解液双侧循环测试模式和弱碱制氢电解槽堆的电解液氢侧循环测试模式。

如图3所示为可多堆并用的通用型电解水制氢测试方法的第一种工作模式，该工作模式为强碱制氢电解槽堆的测试模式，即在该工作模式下，电解槽堆为强碱制氢电解槽堆。强碱制氢电解槽堆的特点是氢侧和氧侧不能承受差压运行，且在工作时氢侧和氧侧必须同时有电解液循环。

在该工作模式下，所述可多堆并用的通用型电解水制氢测试方法具体包括以下步骤：

步骤S1：将上文所述的可多堆并用的通用型电解水制氢测试系统与多个电解槽堆连接；

步骤S2：打开所述可多堆并用的通用型电解水制氢测试系统的电解槽堆前后的氧侧进口截止阀20、氢侧进口截止阀21、氧侧出口截止阀22和氢侧出口截止阀23；关闭氢侧排水阀17、氧侧排水阀13，并且打开氢侧补水开关阀5和氧侧补水开关阀7，以使得强碱碱液通过补水泵6注入氢分离器3和氧分离器9，直到满足液位信号所表示的液位高度的控制要求(即不能低于液位计的低侧检测位点，不能高于分离器上的补水口)，此时关闭氢侧补水开关阀5和氧侧补水开关阀7。

在本实施例中，所述强碱碱液为质量分数是30％的氢氧化钾溶液或质量分数25％的氢氧化钠溶液。

其中，若要测量多个碱性电解槽堆并联，则打开每个电解槽堆前后的氧侧进口截止阀20、氢侧进口截止阀21、氧侧出口截止阀22和氢侧出口截止阀23；若要测量单个电解槽堆，则仅需打开所需测量的电解槽堆前后的氧侧进口截止阀20、氢侧进口截止阀21、氧侧出口截止阀22和氢侧出口截止阀23。

步骤S3：打开氧侧原料循环泵15、氢侧原料循环泵19、氧侧回水阀12和氢侧回水阀25，以使强碱碱液充满整个可多堆并用的通用型电解水制氢测试系统的内部，维持氢分离器3和氧分离器9中的液位。

上述步骤S1-S3是用于保证碱性电解槽堆氢侧和氧侧均有电解液。

步骤S4：当强碱碱液充满整个可多堆并用的通用型电解水制氢测试系统的内部后，给所测的电解槽堆通入直流电，电解槽堆开始产生氢气和氧气。由此，氢气与未反应的电解液进入氢分离器3，氧气与未反应的电解液进入氧分离器9。

步骤S5：氢侧压力调节阀1和氧侧压力调节阀11分别根据氢侧压力传感器2和氧侧压力传感器10所测的数据及所需的出口压力来调节阀门开度，从而稳定出口压力；氢侧补水开关阀5、氧侧补水开关阀7分别根据氢侧液位计4、氧侧液位计8所检测的液位信号所表示的液位高度以及该液位高度的控制要求来打开或关闭，从而维持氢分离器3、氧分离器9内稳定的液位；氢侧冷却器18、氧侧冷却器14分别根据氢侧温度传感器24、氧侧温度传感器16所检测的数据以及所需的温度，来控制其冷却功率。

由此，通过所述步骤S5保证了在工作时，氢侧和氧侧均压。

在所述步骤S5中，所需的出口压力根据需求设定，一般应该在0-3.5MPa。液位信号所表示的液位高度的控制要求为：不能低于液位计的低侧检测位点，且不能高于分离器上的补水口。所需的温度控制在60℃-95℃，根据需求设定。

在所述步骤S5中，由于电解槽堆反应时消耗的是水，因此，在所述步骤S5中，补水泵6设置为提供去离子水，当氢侧液位计4和氧侧液位计8所测的液位较低(例如低于液位计的低侧检测位点)时，氢侧补水开关阀5和氧侧补水开关阀7打开，补水泵6将去离子水注入分离器中，到指定液位后关闭对应的氢侧补水开关阀5和氧侧补水开关阀7。

需要说明的是，虽然电解产生氢气和氧气，消耗的是水，所以液位会低，但消耗水的速度远远低于补水速度，因此，有时需要根据液位高度的控制要求来关闭氢侧补水开关阀5、氧侧补水开关阀7，以切断补水，不让分离器内的水溢出。

如图4所示为本发明的可多堆并用的通用型电解水制氢测试方法的第二种工作模式，该工作模式为纯水制氢电解槽堆的测试模式，即在该工作模式下，电解槽堆均为纯水制氢电解槽堆。纯水制氢电解槽堆的特点是氢侧压力比氧侧稍高，且在工作时仅需纯水制氢电解槽堆的氧气侧充满水分。

在该工作模式下，所述可多堆并用的通用型电解水制氢测试方法具体包括以下步骤：

步骤S1’：将上文所述的可多堆并用的通用型电解水制氢测试系统与多个电解槽堆连接；

步骤S2’：打开所述可多堆并用的通用型电解水制氢测试系统的电解槽堆前后的氧侧进口截止阀20、氧侧出口截止阀22和氢侧出口截止阀23，关闭氢侧进口截止阀21；关闭氢侧排水阀17和氧侧排水阀13，并且关闭氢侧补水开关阀5和打开氧侧补水开关阀7，以使得去离子水通过补水泵6注入氧分离器9，直到氧分离器9的液位高度满足液位信号所表示的液位高度的控制要求(即不能低于液位计的低侧检测位点，不能高于分离器上的补水口)，此时关闭氧侧补水开关阀7。

其中，若要测量多个电解槽堆并联，则打开每个电解槽堆前后的氧侧进口截止阀20、氧侧出口截止阀22和氢侧出口截止阀23，并关闭每个电解槽堆的氢侧进口截止阀21；若要测量单个碱性电解槽堆，则仅需打开所需测量的电解槽堆前后的氧侧进口截止阀20、氧侧出口截止阀22和氢侧出口截止阀23，并关闭该电解槽堆的氢侧进口截止阀21。

步骤S3’：打开氧侧原料循环泵15和氧侧回水阀12，而氢侧原料循环泵19、氢侧回水阀25保持关闭，以使去离子水充满电解槽堆的氧侧的整个回路，且维持氧分离器9的液位。

上述步骤S1’-S3’是用于保证纯水电解槽堆的氧侧充满水份。

步骤S4’：当离子水充满电解槽堆的氧侧的整个回路后，给所测的电解槽堆通入直流电，电解槽堆开始产生氢气和氧气。由此，氢气夹带水雾进入氢分离器3，氧气与未反应的去离子水进入氧分离器9。

步骤S5’：氢侧压力调节阀1和氧侧压力调节阀11分别根据氢侧压力传感器2和氧侧压力传感器10所测的数据及所需的出口压力来调节阀门开度，从而稳定出口压力；氢侧补水开关阀5保持关闭，氧侧补水开关阀7根据氧侧液位计8所检测的液位信号所表示的液位高度以及该液位高度的控制要求来打开或关闭，从而维持氧分离器9内稳定的液位；氢侧冷却器18不工作，氧侧冷却器14根据氧侧温度传感器16所检测的数据以及所需的温度来控制其冷却功率。

在所述步骤S5’中，所需的出口压力根据需求设定，一般应该在0-3.5MPa。液位信号所表示的液位高度的控制要求为：不能低于液位计的低侧检测位点，且不能高于分离器上的补水口。所需的温度控制在60℃-95℃，根据需求设定。

由此，通过步骤S5’使得纯水电解槽堆的氢侧压力比氧侧压力稍高。

在所述步骤S5’中，由于电解槽堆反应时消耗的是水，因此，在所述步骤S5’中，补水泵6设置为提供去离子水，当氧侧液位计8所测的液位较低(例如低于液位计的低侧检测位点)时，氧侧补水开关阀7打开，使得补水泵6将去离子水注入氧分离器中，到指定液位后关闭对应的氧侧补水开关阀7。

可多堆并用的通用型电解水制氢测试系统的测试方法的第三种和第四种工作模式均为弱碱制氢电解槽堆的测试模式，在第三种和第四种工作模式下，电解槽堆为弱碱制氢电解槽堆。弱碱制氢电解槽堆的特点是氢侧和氧侧可以承受一定的差压，区别在于，在工作时，在第三种工作做模式下，氢侧和氧侧同时充满水分，第三种工作做模式为弱碱制氢电解槽堆的电解液双侧循环测试模式；在第四种工作模式下，电解槽堆的氢侧充满水分，为弱碱制氢电解槽堆的电解液氢侧循环测试模式。

其中，在弱碱制氢电解槽堆的电解液双侧循环测试模式下，由于需氢侧和氧侧同时充满水分，则相应的测试方法的步骤如图3所示，与上文中的处于测试强碱制氢电解槽堆的工作模式下的可多堆并用的通用型电解水制氢测试方法完全一致。区别仅在于两者的测试对象不同，在弱碱制氢电解槽堆的电解液双侧循环测试模式下，电解槽堆为弱碱制氢电解槽堆。

在弱碱制氢电解槽堆的电解液氢侧循环测试模式下，只需氢侧充满水分，则相应的可多堆并用的通用型电解水制氢测试系统的测试方法的原理图如图5所示，其包括以下步骤：

步骤S1”：将上文所述的可多堆并用的通用型电解水制氢测试系统与多个电解槽堆连接；

步骤S2”：打开所述可多堆并用的通用型电解水制氢测试系统的电解槽堆前后的氢侧进口截止阀21、氧侧出口截止阀22和氢侧出口截止阀23，关闭氧侧进口截止阀20；关闭氢侧排水阀17和氧侧排水阀13，并且打开氢侧补水开关阀5和关闭氧侧补水开关阀7，以使得去弱碱碱液通过补水泵6注入氢分离器3中，直到氢分离器3的液位高度满足液位信号所表示的液位高度的控制要求(即不能低于液位计的低侧检测位点，不能高于分离器上的补水口)，此时关闭氢侧补水开关阀5。

其中，所述弱碱碱液为质量分数是5％的氢氧化钾溶液。

其中，若要测量多个电解槽堆并联，则打开每个电解槽堆前后的氢侧进口截止阀21、氧侧出口截止阀22和氢侧出口截止阀23，并关闭每个电解槽堆的氧侧进口截止阀20；若要测量单个碱性电解槽堆，则仅需打开所需测量的电解槽堆前后的氢侧进口截止阀21、氧侧出口截止阀22和氢侧出口截止阀23，并关闭该电解槽堆的氧侧进口截止阀20。

步骤S3”：氧侧原料循环泵15和氧侧回水阀12保持关闭，而打开氢侧原料循环泵19和氢侧回水阀25，以使弱碱碱液(即原料水)充满电解槽堆的氢侧的整个回路，且维持氢分离器3的液位。

上述步骤S1-S3是用于保证电解槽堆的氢侧充满水分。

步骤S4”：当弱碱碱液充满电解槽堆的氢侧的整个回路后，给所测的电解槽堆通入直流电，电解槽堆开始产生氢气和氧气。由此，氢气夹带水雾进入氢分离器3，氧气与未反应的原料水进入氧分离器9。也就是说，氢分离器3中基本没有水。

步骤S5”：氢侧压力调节阀1和氧侧压力调节阀11分别根据氢侧压力传感器2和氧侧压力传感器10所测的数据及所需的出口压力来调节阀门开度，使氢侧压力稍高于或者等于氧侧压力；氧侧补水开关阀7保持关闭，氢侧补水开关阀5根据氢侧液位计4所检测的液位信号所表示的液位高度以及该液位高度的控制要求来打开或关闭，从而维持氢分离器3内稳定的液位；氧侧冷却器14不工作，氢侧冷却器18根据氢侧温度传感器24所检测的数据以及所需的温度来控制其冷却功率。

由此，通过步骤S5”使得氢分离器3和氧分离器9保持一定的压差。

在所述步骤S5”中，所需的出口压力根据需求设定，一般应该在0-3.5MPa。液位信号所表示的液位高度的控制要求为：不能低于液位计的低侧检测位点，且不能高于分离器上的补水口。所需的温度控制在60℃-95℃，根据需求设定。

在所述步骤S5”中，由于电解槽堆反应时消耗的是水，因此，在所述步骤S5”中，补水泵6设置为提供去离子水，当氢侧液位计4所测的液位较低时，氢侧补水开关阀5打开，补水泵6将去离子水注入氢分离器中，到指定液位后关闭对应的氢侧补水开关阀5。

此外，所述步骤S5”还可以包括：氧侧排水阀13根据氧侧液位计8氧侧排水阀13根据氧侧液位计8所测的数据控制其开闭来维持液位来打开或关闭，进而维持氧分离器9内稳定的液位。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。