全浸式水压补偿大气压降的高海拔水电解制氢系统
阅读说明：本技术 全浸式水压补偿大气压降的高海拔水电解制氢系统 (High-altitude water electrolysis hydrogen production system with full-immersion type water pressure compensation atmospheric pressure drop ) 是由 梁波 刘亚青 谌睿 谢方祥 于 2021-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种全浸式水压补偿大气压降的高海拔水电解制氢系统,涉及氢能技术领域。它包括水池,整体升降平台,升降平台导轨,水下水电解制氢装置,控制柜；水池顶部通过透明密封盖板封口；升降平台导轨与整体升降平台连接、并能带动整体升降平台在水池内上下移动；控制柜与水下水电解制氢装置连接。本发明解决了在1000m-5000m范围内高海拔制氢的问题,将水下水电解制氢装置置于水下,通过水下的压力补偿高海拔的大气压力减少,从而可以在不增容设计和制造的情况下,实现常规压力设计的水电解制氢设备在高海拔、高效(额定输出)电解水制氢。(The invention discloses a full-immersion type high-altitude water electrolysis hydrogen production system with water pressure compensated atmospheric pressure drop, and relates to the technical field of hydrogen energy. The device comprises a water pool, an integral lifting platform, a lifting platform guide rail, an underwater water electrolysis hydrogen production device and a control cabinet; the top of the water pool is sealed by a transparent sealing cover plate; the lifting platform guide rail is connected with the integral lifting platform and can drive the integral lifting platform to move up and down in the water pool; the control cabinet is connected with the underwater water electrolysis hydrogen production device. The invention solves the problem of high altitude hydrogen production in the range of 1000m-5000m, the underwater water electrolysis hydrogen production device is arranged underwater, and the reduction of the atmospheric pressure at high altitude is compensated by the underwater pressure, thereby realizing the high altitude and high efficiency (rated output) water electrolysis hydrogen production of the water electrolysis hydrogen production equipment designed by the conventional pressure under the condition of no capacity increase design and manufacture.)
技术领域
本发明涉及氢能技术领域，更具体地说它是一种全浸式水压补偿大气压降的高海拔水电解制氢系统。
背景技术
电解水制氢是一种成熟的工业技术，但目前绝大多数都应用1000m海拔以下的地区；电解水制氢在超过1000m的高海拔应用时会存在如下问题：
水电解制氢系统属于中、高压容器及管道系统，内部工作压力可达1.6Mpa；在高海拔地区，随着海拔的上升，外部大气压的下降，水电解制氢设备所有的压力容器、压力管道均需要进行增容设计，如2000m海拔，通常至少考虑115％的平原设计压力值，在海拔继续增高时，需要考虑更高的增容设计压力比例，即常规平原水电解制氢装置不能在高海拔地区按额定输出工况运行，需要特殊的增容设计，且不同海拔高度需要不同的增容设计。
因此，研发一种适应从1000m-5000m范围内高海拔制氢的水电解制氢系统很有必要。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足之处，而提供一种全浸式水压补偿大气压降的高海拔水电解制氢系统。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：全浸式水压补偿大气压降的高海拔水电解制氢系统，其特征在于：包括水池，位于水池底部的整体升降平台，位于水池内的升降平台导轨,位于整体升降平台上的水下水电解制氢装置，位于水池外的控制柜；
所述水池顶部通过透明密封盖板封口；
所述升降平台导轨位于水池侧壁，升降平台导轨与整体升降平台连接、并能带动整体升降平台在水池内上下移动；
所述控制柜通过链式升降电缆与水下水电解制氢装置连接。
在上述技术方案中，所述升降平台导轨包括锁定装置。
在上述技术方案中，所述整体升降平台和升降平台导轨均有多个，每个整体升降平台和升降平台导轨相互匹配，每个整体升降平台升降同步。
在上述技术方案中，所述水池的侧壁有水下照明装置。
在上述技术方案中，所述透明密封盖板上有氢气泄漏集散装置，所述氢气泄漏集散装置与水池连通，氢气泄漏集散装置设置有排空阀。
在上述技术方案中，所述升降平台导轨为齿轮爬升式，升降平台导轨靠近整体升降平台一侧设置多个齿槽，所述齿槽与整体升降平台啮合，顶部的齿槽高于水池的水位。
在上述技术方案中，所述控制柜内有检测到水池内水下气泡运动轨迹的图像监控系统。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明解决了在1000m-5000m范围内高海拔制氢的问题，将水下水电解制氢装置置于水下，通过水下的压力补偿高海拔的大气压力减少，从而可以在不增容设计和制造的情况下，实现常规压力设计的水电解制氢设备在高海拔、高效(额定输出)电解水制氢。
2)本发明的水下水电解制氢装置在水下运行的深度可调，通过过补偿方式，即外部环境压力大于标准大气压时，将降低水下水电解制氢装置压力密封件的要求，相应允许水下水电解制氢装置具有大于常规1.6Mpa的内部运行压力，从而提高制氢效率。
3)本发明的利用水下全浸、设备和空气的隔离、氢气不溶于水的原理，实现氢气体泄漏可视化监测，实现安全制氢。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为升降平台导轨为齿轮爬升式时，发明的结构示意图。
图3为本发明的俯视图。
其中，1-水池，11-透明密封盖板，12-水下照明装置，2-整体升降平台，3-升降平台导轨，31-齿槽，4-水下水电解制氢装置，5-控制柜，51-链式升降电缆，6-氢气泄漏集散装置。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。
参阅附图可知：全浸式水压补偿大气压降的高海拔水电解制氢系统，其特征在于：包括水池1，位于水池1底部的整体升降平台2，位于水池1内的升降平台导轨3,位于整体升降平台2上的水下水电解制氢装置4，位于水池外的控制柜5；
所述水池1顶部通过透明密封盖板11封口；
所述升降平台导轨3位于水池2侧壁，升降平台导轨3与整体升降平台2连接、并能带动整体升降平台2在水池1内上下移动；
所述控制柜5通过链式升降电缆51与水下水电解制氢装置4连接。
所述升降平台导轨3包括锁定装置。
所述整体升降平台2和升降平台导轨3均有多个，每个整体升降平台2和升降平台导轨3相互匹配，每个整体升降平台2升降同步。
所述水池1的侧壁有水下照明装置12。
所述透明密封盖板11上有氢气泄漏集散装置6，所述氢气泄漏集散装置6与水池1连通，氢气泄漏集散装置6设置有排空阀。
所述升降平台导轨3为齿轮爬升式，升降平台导轨3靠近整体升降平台2一侧设置多个齿槽31，所述齿槽31与整体升降平台2啮合，顶部的齿槽31高于水池1的水位。
所述控制柜5内有检测到水池1内水下气泡运动轨迹的图像监控系统。
实际使用中，通过将水下水电解制氢装置4布置在整体升降平台2上，水下水电解制氢装置4采用全浸方式置于水池1中；整体升降平台2通过升降平台导轨3可在一定范围内上下移动并锁定，具体锁定的高度根据海拔高度而定；水下水电解制氢装置4通过链式升降电缆51连接在水池1外的电解水电气设备和控制柜5；利用氢气泄漏集散装置6及时发现氢气泄漏。
水下水电解制氢装置4的仪器仪表及电控设备采用水下耐腐蚀密封管道电缆引出，氢气通过专用输氢管道引出。制氢系统和储氢系统通过管道连接，可为分隔的两个水下空间。
水池1为按相应容量的水电解制氢全部设备布置尺寸的水池或大型水容器，深度满足补偿1000m-5000m海拔高程的大气压降补偿；对应4000m海拔，水池1深度为6m-9m。
整体升降平台2为整体同步升降平台，整体升降平台2可承受布置于其上的所有制氢设备的重量和自重，整体升降平台2可根据海拔高度进行升降并锁定；当制氢容量较大时，整体升降平台2可分段分块，各分段分块平台升降同步；整体升降平台2可为齿轮爬升式，水下电动机布置于平台上，也可为钢丝绳束平衡起吊结构。
升降平台导轨3用于整体升降平台2的同步升降和锁定；升降平台导轨3为齿轮爬升式时，高度高于水池水面，以保证整体升降平台2可浮出水面；当制氢容量较大时，升降平台导轨3可分段分块，各分段分块升降平台导轨3和整体升降平台2升降同步；升降平台导轨3数量根据水池1或整体升降平台2的面积大小成对设置并对称布置，如4个，8个等。
水下水电解制氢装置4包括电解槽、纯化设备、补水箱、补水泵、碱液箱等。整个电解槽由左右端压板、左右极板、中间极板、隔膜垫片、负极网等组成；整个槽体为压滤式双极板框结构，并在端压板外部装有配对的榫槽面法兰，以方便地与外部连接；整个槽体由拉紧螺栓和二块端压板夹紧，槽体采用中间极板接正极，二侧端压板接负极的输电形式。采用拉紧螺栓和大螺母压紧槽体,使其承受足够的内压,保证不泄漏；拉紧螺栓的二端各有碟形弹簧，用以有效补偿槽体热胀冷缩时的变形量，以保证膨胀时隔膜垫片不会受到过分挤压，收缩时不致槽体松弛，产生泄漏；电解槽槽体内部，通电及通过碱液系统均采用密封设备与外界隔离。其他防护外壳直接浸入水下。
其他如制氢附属设备，包括H2(O2)碱液分离器、H2(O2)碱液循环泵、纯化设备、碱液箱等均做水下适应性密封处理，并和电解槽一起布置于水下的整体升降平台上。
控制柜5可以根据海拔高程自动对升降平台导轨3进行行程控制，同时对水下水电解制氢装置4的电源进行控制。
氢气泄漏集散装置6布置于水池1的透明密封盖板11上，在透明密封盖板11上呈现凸起状；利用氢气密度低于氧气和空气的特点，当发生气体泄漏时，氢气位于泄漏气体上方，进入氢气泄漏集散装置6；当检测到氢气泄漏集散装置6内气体浓度达到一定程度时，氢气泄漏集散装置6的排空阀打开，将氢气弥散至氢气泄漏集散装置6外。同时输出报警信号，便于运维人员直接观察水下氢气泄露点。
透明密封盖板11用于在水池1上方形成无压密封结构。
水下照明装置12用于水下照明和设备运行情况的监控。
整体升降平台2在水下的深度根据海拔高度造成的大气压降差来设置，如海拔高度为4000m时，大气压降为0.39标准大气压，水压补偿对应深度为4.15米，考虑水下水电解制氢装置4的平均高度，则对应整体升降平台2深度约为6m；整体升降平台2在这个深度，其上设备在全浸方式下的外部工作压力环境等于0m海拔情况，即满足并可加深深度使其优于常规制氢系统压力环境条件；若继续加大运行深度，在过补偿方式下，即对应海拔继续加深深度，可使水下水电解制氢装置4运行外部压力条件优于常规制氢系统压力环境条件，可获得更高的内部运行压力，如2.0Mpa，和相应更高的制氢效率，如提高15％。
在全浸方式下，全部压力容器及管道系统在密封良好的情况无任何气泡产生，一旦发生气体泄漏时，即使是微小的泄漏气体也会在水中形成一连串的气泡，高分辨的图像监控系统可检测到水下气泡运动轨迹，提醒运维人员注意设备状态。当气体泄漏量大很大，直接超过图像监控系统阈值时，图像监控系统将可直接启动关闭整个装置。
经过一段时间后，泄漏的氢气和氧气分离，氢气逐渐汇集到氢气泄漏集散装置6中，氢气泄漏集散装置6排空阀打开，气体泄漏至室外大气中。其它未说明的部分均属于现有技术。
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