本申請(qǐng)涉及氫能，尤其涉及一種氫氣制取壓縮提純儲(chǔ)存多功能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在氫能應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈中，氫氣的制取、壓縮、提純以及儲(chǔ)存都是相當(dāng)關(guān)鍵的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。目前，以上技術(shù)環(huán)節(jié)大多采用相對(duì)獨(dú)立、功能單一的系統(tǒng)，尤其是電解水制氫系統(tǒng)、氫壓縮系統(tǒng)和氫氣提純系統(tǒng)均由很多的設(shè)備組成，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，這就導(dǎo)致氫能應(yīng)用成本大幅增加。

2、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，可以實(shí)現(xiàn)氫氣制取壓縮儲(chǔ)存的一體化系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。該系統(tǒng)雖然實(shí)現(xiàn)了設(shè)備高度集成化、簡(jiǎn)便化，降低了氫能的使用成本，但是仍存在以下缺點(diǎn)：

3、1、由于此類系統(tǒng)中氫氣壓縮仍以機(jī)械壓縮為主，存在噪聲、振動(dòng)、經(jīng)濟(jì)性差、易損壞、難維修等問(wèn)題。

4、2、目前氫氣的使用端，往往要求氫氣純度達(dá)到99.99％～99.999％的級(jí)別，這對(duì)氫氣提純技術(shù)也提出了極高的要求。目前主流采用的氫氣提純技術(shù)是變壓吸附法、低溫分離法或鈀膜分離法進(jìn)行提純。變壓吸附法適合去除co、co2、n2和h2s等雜質(zhì)，其缺點(diǎn)是效率低；低溫分離法適用于原料氣中氫含量低的情況，其缺點(diǎn)是規(guī)模大、能耗高；鈀膜分離法適合生產(chǎn)高純度氫和超純氫，其缺點(diǎn)是運(yùn)行溫度高、成本較高且需要對(duì)原料氣進(jìn)行預(yù)處理。另外，無(wú)論采用哪種提純方法均需要單獨(dú)設(shè)置提純?cè)O(shè)備，增加了氫氣處理的成本。

5、3、此類系統(tǒng)中的各技術(shù)環(huán)節(jié)是流水線式的，一旦系統(tǒng)開(kāi)啟就會(huì)完成制取、壓縮以及儲(chǔ)存整套流程，無(wú)法實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)的單獨(dú)運(yùn)行。例如，由于壓縮后的氫氣為高壓氫氣，而在實(shí)際使用中，可能有時(shí)會(huì)需要低壓氫氣，此時(shí)此類系統(tǒng)就無(wú)法滿足該需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)的實(shí)施例提供一種氫氣制取壓縮提純儲(chǔ)存多功能系統(tǒng)，在將氫氣制取、壓縮、提純、儲(chǔ)存的設(shè)備高度集成化、簡(jiǎn)便化的前提下，不僅解決了機(jī)械壓縮的噪聲、振動(dòng)、經(jīng)濟(jì)性差、易損壞、難維修等問(wèn)題，而且實(shí)現(xiàn)了氫氣的同時(shí)壓縮和提純，還實(shí)現(xiàn)了四種功能的單獨(dú)運(yùn)行。

2、為達(dá)到上述目的，本申請(qǐng)的實(shí)施例提供了一種氫氣制取壓縮提純儲(chǔ)存多功能系統(tǒng)，包括pem電解水模塊、電化學(xué)氫壓縮模塊、儲(chǔ)氫模塊和供電設(shè)備；電化學(xué)氫壓縮模塊的入口連通pem電解水模塊的出口，電化學(xué)氫壓縮模塊的出口連通儲(chǔ)氫模塊的入口；pem電解水模塊內(nèi)設(shè)有第一截止閥、第二截止閥和第一三向閥，且第二截止閥和第一三向閥位于pem電解水模塊的出口處；電化學(xué)氫壓縮模塊的入口處設(shè)有第三截止閥，出口處設(shè)有第四截止閥和第二三向閥；供電設(shè)備的輸出端分別連接pem電解水模塊和電化學(xué)氫壓縮模塊的電路輸入端。

3、進(jìn)一步地，所述pem電解水模塊包括沿液體的流向依次連通的水箱、泵、第一過(guò)濾器、第一截止閥、pem電解槽、第二截止閥和第一三向閥，且第二截止閥的入口連通第一三向閥的第一進(jìn)出口。

4、進(jìn)一步地，所述pem電解水模塊還包括設(shè)置在水箱與pem電解槽之間的風(fēng)冷散熱器。

5、進(jìn)一步地，所述電化學(xué)氫壓縮模塊包括沿氣體的流向依次連通的第二過(guò)濾器、第三截止閥、流量控制器、電化學(xué)氫壓縮設(shè)備、第四截止閥和第二三向閥；第二過(guò)濾器的入口連通第一三向閥的第二進(jìn)出口；第四截止閥的出口連通第二三向閥的第一進(jìn)出口。

6、進(jìn)一步地，所述第一三向閥和第二過(guò)濾器之間還設(shè)有第一壓力溫度傳感器；所述電化學(xué)氫壓縮設(shè)備和第四截止閥之間還設(shè)有第二壓力溫度傳感器。

7、進(jìn)一步地，所述儲(chǔ)氫模塊包括第五截止閥和固態(tài)儲(chǔ)氫瓶；第五截止閥的入口連通第二三向閥的第二進(jìn)出口，第五截止閥的出口連通固態(tài)儲(chǔ)氫瓶的入口。

8、進(jìn)一步地，所述第一截止閥、第二截止閥、第三截止閥、第四截止閥和第五截止閥均采用電動(dòng)截止閥。

9、本申請(qǐng)相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：

10、1、本申請(qǐng)實(shí)施例將原本氫氣制取、壓縮、提純以及儲(chǔ)存四個(gè)重要環(huán)節(jié)中繁瑣的工藝及設(shè)備高度集成化、簡(jiǎn)便化，同時(shí)通過(guò)在各環(huán)節(jié)中設(shè)置截止閥和三向閥，從而通過(guò)機(jī)械控制的方法，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)功能的單獨(dú)運(yùn)行。

11、2、本申請(qǐng)實(shí)施例采用電化學(xué)氫壓縮方法實(shí)現(xiàn)氫氣的壓縮，相比傳統(tǒng)的機(jī)械壓縮，電化學(xué)氫壓縮方法具有更高的壓縮效率、更低的能耗和更小的體積，還具有清潔化、低噪聲、可進(jìn)行氫氣提純等其他優(yōu)勢(shì)；另外，本申請(qǐng)實(shí)施例將氫氣的壓縮和提純環(huán)節(jié)相融合，減少了諸如氣液分離器以及氫氣純化等設(shè)備，大大降低了成本。

12、3、本申請(qǐng)實(shí)施例中的pem電解水模塊、電化學(xué)氫壓縮模塊的工作原理和結(jié)構(gòu)存在高度相似性，給氫氣制取和壓縮的一體化提供了充分的可行性，同時(shí)，由于都需要電源供電，可以采取相同的供電設(shè)備，降低了設(shè)備的復(fù)雜度，提高系統(tǒng)的簡(jiǎn)便性以及集成化。

技術(shù)特征：

1.一種氫氣制取壓縮提純儲(chǔ)存多功能系統(tǒng)，其特征在于，包括pem電解水模塊、電化學(xué)氫壓縮模塊、儲(chǔ)氫模塊和供電設(shè)備；電化學(xué)氫壓縮模塊的入口連通pem電解水模塊的出口，電化學(xué)氫壓縮模塊的出口連通儲(chǔ)氫模塊的入口；pem電解水模塊內(nèi)設(shè)有第一截止閥、第二截止閥和第一三向閥，且第二截止閥和第一三向閥位于pem電解水模塊的出口處；電化學(xué)氫壓縮模塊的入口處設(shè)有第三截止閥，出口處設(shè)有第四截止閥和第二三向閥；供電設(shè)備的輸出端分別連接pem電解水模塊和電化學(xué)氫壓縮模塊的電路輸入端。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氣制取壓縮提純儲(chǔ)存多功能系統(tǒng)，其特征在于，所述pem電解水模塊包括沿液體的流向依次連通的水箱、泵、第一過(guò)濾器、第一截止閥、pem電解槽、第二截止閥和第一三向閥，且第二截止閥的入口連通第一三向閥的第一進(jìn)出口。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氫氣制取壓縮提純儲(chǔ)存多功能系統(tǒng)，其特征在于，所述pem電解水模塊還包括設(shè)置在水箱與pem電解槽之間的風(fēng)冷散熱器。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氣制取壓縮提純儲(chǔ)存多功能系統(tǒng)，其特征在于，所述電化學(xué)氫壓縮模塊包括沿氣體的流向依次連通的第二過(guò)濾器、第三截止閥、流量控制器、電化學(xué)氫壓縮設(shè)備、第四截止閥和第二三向閥；第二過(guò)濾器的入口連通第一三向閥的第二進(jìn)出口；第四截止閥的出口連通第二三向閥的第一進(jìn)出口。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氫氣制取壓縮提純儲(chǔ)存多功能系統(tǒng)，其特征在于，所述第一三向閥和第二過(guò)濾器之間還設(shè)有第一壓力溫度傳感器；所述電化學(xué)氫壓縮設(shè)備和第四截止閥之間還設(shè)有第二壓力溫度傳感器。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氫氣制取壓縮提純儲(chǔ)存多功能系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)氫模塊包括第五截止閥和固態(tài)儲(chǔ)氫瓶；第五截止閥的入口連通第二三向閥的第二進(jìn)出口，第五截止閥的出口連通固態(tài)儲(chǔ)氫瓶的入口。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氣制取壓縮提純儲(chǔ)存多功能系統(tǒng)，其特征在于，所述第一截止閥、第二截止閥、第三截止閥、第四截止閥和第五截止閥均采用電動(dòng)截止閥。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開(kāi)了一種氫氣制取壓縮提純儲(chǔ)存多功能系統(tǒng)，涉及氫能技術(shù)領(lǐng)域。在將氫氣制取、壓縮、提純、儲(chǔ)存的設(shè)備高度集成化、簡(jiǎn)便化的前提下，不僅解決了機(jī)械壓縮的噪聲、振動(dòng)、經(jīng)濟(jì)性差、易損壞等問(wèn)題，而且實(shí)現(xiàn)了氫氣的同時(shí)壓縮和提純，還實(shí)現(xiàn)了四種功能的單獨(dú)運(yùn)行。該系統(tǒng)包括PEM電解水模塊、電化學(xué)氫壓縮模塊、儲(chǔ)氫模塊和供電設(shè)備；PEM電解水模塊、電化學(xué)氫壓縮模塊、儲(chǔ)氫模塊沿流體的流向依次連通；PEM電解水模塊內(nèi)設(shè)有第一截止閥、第二截止閥和第一三向閥，且第二截止閥和第一三向閥位于PEM電解水模塊的出口處；電化學(xué)氫壓縮模塊的入口處設(shè)有第三截止閥，出口處設(shè)有第四截止閥和第二三向閥；供電設(shè)備為PEM電解水模塊和電化學(xué)氫壓縮模塊供電。

技術(shù)研發(fā)人員：馮健美,李汪洋,田潤(rùn)明
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2