维持碱性电解系统液位平衡及抑制串气风险的装置和方法
阅读说明：本技术 维持碱性电解系统液位平衡及抑制串气风险的装置和方法 (Device and method for maintaining liquid level balance of alkaline electrolysis system and inhibiting gas leakage risk ) 是由 杨福源 古俊杰 李洋洋 于 2021-08-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种维持碱性电解系统液位平衡及抑制串气风险的装置和方法,该方法包括在碱性电解系统中的两个气液分离器之间的U型管上安装用于抑制串气风险的安全装置。所述安全装置抑制碱性电解系统中的两个气液分离器串气风险的方式包括减缓U型管中液体流动速度、增加U型管中液体流动路程、减少U型管中液体通过安全装置流量中的至少一种。本发明可以有效在电解功率发生变化时有效避免一侧气液分离器中的碱液携带氢气或氧气在压力的作用下流入另一侧,进而避免液位平衡被打破而导致的串气风险,解决波动性可再生能源离网制氢下的安全性问题,提高碱性电解系统的离网制氢安全性能。(The invention discloses a device and a method for maintaining liquid level balance of an alkaline electrolysis system and inhibiting gas leakage risks. The mode of the safety device for inhibiting the risk of gas leakage of the two gas-liquid separators in the alkaline electrolysis system comprises at least one of slowing down the liquid flowing speed in the U-shaped pipe, increasing the liquid flowing path in the U-shaped pipe and reducing the flow of the liquid in the U-shaped pipe passing through the safety device. The invention can effectively prevent the alkali liquor in the gas-liquid separator at one side from flowing into the other side under the action of pressure when the electrolytic power changes, thereby avoiding the risk of gas cross caused by breaking the liquid level balance, solving the safety problem of the fluctuating renewable energy source under the off-grid hydrogen production, and improving the safety performance of the off-grid hydrogen production of the alkaline electrolytic system.)
技术领域
本发明涉及电解水制氢技术领域，具体涉及一种维持碱性电解系统液位平衡及抑制串气风险的装置和方法。
背景技术
碱性电解系统通常采用30％质量浓度的KOH溶液作为电解质，镍网作为电极进行电解，分别在阴极和阳极处生成氢气和氧气。碱性电解系统的电极反应如下：
为了防止电解过程中的氢氧混合以及电极直接接触引起的短路，通常使用隔膜以隔离阴极和阳极小室。以前广泛使用的是石棉布作为隔膜，但由于石棉粉尘容易致癌，随着发展，现在使用的是有机物基底加亲水的添加物构成的隔膜，例如德国AGFA公司的Zirfon隔膜。
由上可知，由于1摩尔的水分解生成1摩尔的氢气和0.5摩尔的氧气，要保持氢气侧和氧气侧的压力平衡，需要通过调节两侧的薄膜调节阀、在氧气侧进行压力控制或在氧气侧进行液位控制来实现。同时，为了保证气液两相的压力差可以用气液分离器的液位差来反映，现有碱性电解系统中使用一个U型管(连通器)将两侧的气液分离器连接在一起，如图1所示。
然而，当采用可再生能源进行供能实现碱性电解系统的电解水制氢时，由于风电等可再生能源具有间歇性、周期性和地域性，导致为碱性电解系统提供的能源功率会出现波动变化。而当电解功率发生变化时，由于电解过程中产氢量：产氧量＝2:1，氢气侧和氧气侧的压力会出现波动。具体的，当功率上升时，氢气侧压力上升地更快，导致氢气侧气液分离器中的碱液在压力的作用下流到氧气侧的气液分离器中；当功率下降时，薄膜调节阀开度不变的情况下，氢气侧压力下降地更快，导致氧气侧气液分离器中的碱液在压力的作用下流到氢气侧的气液分离器中。
因此，在U型管中，当电解功率发生变化时，可能导致一侧气液分离器中的碱液携带氢气或氧气在压力的作用下流入另一侧，进而导致液位平衡被打破，产生串气的风险，引发安全隐患。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于：克服现有技术中碱性电解系统的电解功率发生变化时，导致U型管中液位平衡被打破，产生串气风险的缺陷，从而提供一种维持碱性电解系统液位平衡及抑制串气风险的装置和方法。
一种抑制碱性电解系统串气风险的方法，包括在碱性电解系统中的两个气液分离器之间的U型管上安装用于抑制串气风险的安全装置。
所述安全装置抑制碱性电解系统中的两个气液分离器串气风险的方式包括减缓U型管中液体流动速度、增加U型管中液体流动路程、减少U型管中液体通过安全装置流量中的至少一种。该安全装置包括但不限于阻尼装置、缓冲装置、限流装置等。
所述安全装置优选为抑制U型管中液体过快流动的限流装置，该限流装置包括封闭腔，一端端部伸入封闭腔的连通管；所述伸入封闭腔内的连通管一端端部封闭、侧面设置至少一个的节流孔。
所述限流装置中连通管的数量为两个，对称设置在封闭腔上。
所述封闭腔内还设置有至少一层将两个连通管分隔开的隔板，所述隔板上也设置有节流孔。
所述隔板的数量为一层，节流孔的直径为2mm,隔板上节流孔的数量为25个，连通管上的节流孔的数量为40个。
所述限流装置安装在U型管的中间部位。
一种维持碱性电解系统液位平衡及抑制串气风险的装置，为上述记载的所述限流装置。
一种维持液位平衡及抑制串气风险的碱性电解系统，包括具有U型管的碱性电解系统，以及设置在U型管上的一种维持碱性电解系统液位平衡及抑制串气风险的装置，所述一种维持碱性电解系统液位平衡及抑制串气风险的装置为上述记载的限流装置。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的一种抑制碱性电解系统串气风险的方法，通过在U型管上设置抑制串气风险的安全装置，可以有效在电解功率发生变化时有效避免一侧气液分离器中的碱液携带氢气或氧气在压力的作用下流入另一侧，进而避免液位平衡被打破而导致的串气风险，解决波动性可再生能源离网制氢下的安全性问题，提高碱性电解系统的离网制氢安全性能。
2.本发明提供的一种维持碱性电解系统液位平衡及抑制串气风险的装置，其可以有效减低U型管中的碱液的流速，更好的维持碱性电解系统液位平衡，进而可以给碱性电解系统提供更充足的调整压力的时间，达到抑制串气风险的目的，效果显著。
3.本发明进一步优化了限流装置的结构，在该优化后的结构设置下，可以有效达到减缓U型管中液体流动速度的目的，完全满足碱性电解系统中抑制串气风险的要求；与增加U型管中液体流动路程、减少U型管中通过安全装置所在位置处的液体流量的方式相比，该结构更佳稳定可靠，且成本低廉，极其适合推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明
具体实施方式
或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中碱性电解系统的结构示意图；
图2为本发明中限流装置的结构示意图；
图3为本发明中限流装置安装后的U型管位置处结构示意图。
附图标记说明：
1-碱性电解系统，2-限流装置；
11-气液分离器，12-U型管；
21-封闭腔，22-连通管，23-节流孔，24-隔板。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
一种抑制碱性电解系统串气风险的方法，包括在碱性电解系统1中的两个气液分离器11之间的U型管12上安装用于抑制串气风险的安全装置。
本发明通过在U型管上设置抑制串气风险的安全装置，可以有效在电解功率发生变化时有效避免一侧气液分离器中的碱液携带氢气或氧气在压力的作用下流入另一侧，进而避免液位平衡被打破而导致的串气风险，解决波动性可再生能源离网制氢下的安全性问题，提高碱性电解系统的离网制氢安全性能。
本发明中，能够实现上述抑制串气风险的方式有很多，只要能够避免所有U型管中所有液体被压入其中任意一个气液分离器11即可。具体的，所述安全装置抑制碱性电解系统1中的两个气液分离器11串气风险的方式包括减缓U型管12中液体流动速度、增加U型管12中液体流动路程、减少U型管12中通过安全装置所在位置处的液体流量中的至少一种。
当选择减缓U型管12中液体流动速度的方式时，可以在U型管12上设置阻尼装置、限流装置等，通过减缓液体流动速度，在相同路径下达到增加液体在U型管12中的流动时间，进而达到抑制串气风险的目的。
又如，当选择增加U型管12中液体流动路程时，可以在U型管12上设置缓冲装置，例如增加设置螺旋盘管，进而增加液体流动路程，即使不改变液体流动速度，也可以增加所有液体均流入气液分离器的时间，进而达到抑制串气风险的目的。
再如，可以采用截止阀作为安全装置，减少U型管12中通过截止阀所在位置处的液体流量，即当流过安全装置液体流量达到一定阈值时直接启动截止阀关闭U型管12，即可达到抑制串气风险的目的。
上述安全装置选择为增加U型管12中液体流动路程时，会增加安全装置体积，而上述安全装置选择为减少U型管12中通过截止阀所在位置处的液体流量的截止阀法时，成本相对较高。因此，本发明中的安全装置优选为抑制U型管中液体过快流动的限流装置2，如图3所示。
该限流装置2结构设置多样，只要是能达到限制流速的目的的结构均可。本实施例中提供了一种具体结构的限流装置2，如图2所示，具体的，该限流装置2包括封闭腔21，一端端部伸入封闭腔21的连通管22；所述伸入封闭腔21内的连通管22一端端部封闭、侧面设置至少一个的节流孔23。
该限流装置2中连通管22的数量可以为一个，也可以为两个；当为一个时，该U型管12中间的两个接口中的其中一个接口与连通管22连通，另一个接口即可直接与封闭腔21连通。该U型管12中的液体经过连通管22上的封闭端以及封闭腔21的腔壁阻挡后减速并转向，仅仅通过节流孔23连通限流装置2两端的U型管12即可有效达到减速的目的。
为了达到更好的减速效果，更好的满足碱性电解系统液位平衡及抑制串气风险的目的，所述限流装置2中连通管22的数量为两个，对称设置在封闭腔21上。其中一个连通管22为进液管，另一个连通管22为出液管，如图2所示；并且所述封闭腔21内还设置有至少一层将两个连通管22分隔开的隔板24，所述隔板24上也设置有节流孔23。本发明中节流孔23的直径、数量和位置可以根据碱性电解系统1的功率的不同做对应的调整。
对于本发明中外径为25mm、内径为18mm的U型管12而言，本实施例中限流装置2的优化结构设置如下：该封闭腔21内隔板24的数量设置为一层，节流孔23的直径设置为2mm,隔板24上节流孔23的数量设置为25个，连通管22上的节流孔23的数量设置为40个。通过上述优化后的设置，可更好的达到满足碱性电解系统维持液位平衡及抑制串气风险的目的。通过检测得知：在上述结构设置下，即使功率在10％-150％的范围内以2％/s的速度波动，也能达到本发明的目的。
实施例2
一种维持碱性电解系统液位平衡及抑制串气风险的装置，其结构与上述实施例1中记载的限流装置的结构相同。
实施例3
一种维持液位平衡及抑制串气风险的碱性电解系统，包括实施例2中的一种维持碱性电解系统液位平衡及抑制串气风险的装置，该装置优选的安装在U型管12的中间部位。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种电解水制氢系统及其实现方法