一种波动功率输入下的质子交换膜电解水制氢系统及方法

摘要

本发明公开了一种波动功率输入下的质子交换膜电解水制氢系统及方法；其中，本发明在气水分离子系统中增加了多级稳压调控子系统，并优化了热量综合管理子系统的结构；在氧分离器中增设加热器，采用变频循环水泵及其上增设旁路调节阀的方式为电解槽补水。本发明通过多级稳压调控子系统中的第一、第二、第三出口管路联合作用实现了氢气压力多级调控；本发明通过热量综合管理子系统在保持电解槽运行温度恒定的情况下实现了更多热量的有效回收，并可在电解槽低功率运行时对其进行加热；通过氧分离器中设置加热器的方式实现了快速启动；本发明通过各个结构之间的相互配合，可达到功率范围可调、快速启动、热量回收的目的，显著提高综合效率。

权利要求

1.一种质子交换膜电解水制氢系统，包括电解槽(1)和气水分离子系统，所述气水分离子系统包括与电解槽(1)顺次连通的氢分离器(2)、氢气变压吸附装置(3)，其特征在于，所述氢分离器(2)与氢气变压吸附装置(3)之间设置有多级稳压调控子系统(4)；

所述多级稳压调控子系统(4)包括：第一出口管路(42)，连通氢分离器(2)和氢气变压吸附装置(3)的进气口，其上设置有第一调节阀(44)；

第二出口管路(41)，连通氢分离器(2)与氢气变压吸附装置(3)的吹扫气入口，其上设置有气动阀(47)；

第三出口管路(43)，与氢分离器(2)连通，其上设置有泄放阀(46)。

2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜电解水制氢系统，其特征在于，所述第二出口管路(41)上还设置有稳压罐(45)，该稳压罐(45)位于气动阀(47)和氢气变压吸附装置(3)之间。

3.根据权利要求1或2所述的一种质子交换膜电解水制氢系统，其特征在于，还包括热量综合管理子系统(8)；所述气水分离子系统还包括与电解槽(1)的氧气出口连通的氧分离器(5)；

所述热量综合管理子系统(8)包括：氢侧冷凝器(81)，安装在氢分离器(2)的氢气出口位置处，用于与氢分离器(2)分离出的氢气换热并分别回收氢气中的热量和水；

氧侧冷凝器(82)，安装在氧分离器(5)的氧气出口位置处，用于与氧分离器(5)分离出的氧气进行换热并分别回收氧气中的热量和水；

热水罐(85)，用于将回收的热量输送到热量利用子系统中进行利用；

冷水罐(86)，用于接收热水罐(85)中冷却后冷水并为氢侧冷凝器(81)、氧侧冷凝器(82)提供冷水，冷水经过换热后形成的热水返回到热水罐(85)中；

所述氢侧冷凝器(81)回收的水返回到氢分离器(2)中，氧侧冷凝器(82)回收的水返回到氧分离器(5)中。

4.根据权利要求3所述的一种质子交换膜电解水制氢系统，其特征在于，所述热量利用子系统为用于存储热水罐(85)中热量的蓄热体(88)或直接利用该热水罐(85)中热量的城市生活用水(87)。

5.根据权利要求4所述的一种质子交换膜电解水制氢系统，其特征在于，所述氧分离器(5)的出水口通过连通管路(6)与电解槽(1)的进水口连通，所述氧分离器(5)上设置有用于满足电解槽(1)快速启动需求的加热器(7)。

6.根据权利要求5所述的一种质子交换膜电解水制氢系统，其特征在于，所述热量综合管理子系统(8)还包括设置在连通管路(6)上的第一换热器(83)；该第一换热器(83)用于和热水罐(85)、冷水罐(86)连通，用于控制电解槽(1)温度在60‑80℃；当电解槽(1)低功率运行时，由热水罐(85)向第一换热器(83)输送热水，热水经过第一换热器(83)换热后为连通管路(6)提供热量；当电解槽(1)高功率运行时，由冷水罐(86)向第一换热器(83)输送冷水，冷水回收连通管路(6)的热量后返回到热水罐(85)中。

7.根据权利要求5所述的一种质子交换膜电解水制氢系统，其特征在于，所述连通管路(6)上设置有变频式循环水泵(9)，采用变频式循环水泵(9)将氧分离器(5)中的水泵入到电解槽(1)中。

8.根据权利要求7所述的一种质子交换膜电解水制氢系统，其特征在于，在变频式循环水泵(9)增加旁路调节阀，用于适应波动功率输入下电解槽(1)用水量的频繁变化，达到供水流量范围深度调节的目的。

9.利用权利要求1‑8中任一所述的一种质子交换膜电解水制氢系统进行制氢的方法，其特征在于，包括采用多级稳压调控子系统(4)进行压力调节的过程：第一出口管路(42)连通氢分离器(2)与氢气变压吸附装置(3)的氢气入口，当氢分离器(2)中的氢气压力≤操作压力时，氢气由第一出口管路(42)流出，经第一调节阀(44)流向氢气变压吸附装置(3)；

第二出口管路(41)连通氢分离器(2)与气动阀(47)的入口，气动阀(47)与氢气变压吸附装置(3)的吹扫口连接，当操作压力＜氢气压力＜保护压力时，氢气经过第二出口管路(41)流出，经气动阀(47)进入氢气变压吸附装置(3)的吹扫口，充分利用高压氢气反向吹扫氢气变压吸附装置(3)；

第三出口管路(43)由氢气分离器(2)引出，与卸放阀(46)连接，当氢气压力≥保护压力时，氢气经由氢分离器(2)的第三出口管路(43)流出，经卸放阀(46)排放。

10.根据权利要求9所述的制氢的方法，其特征在于，包括采用热量综合管理子系统(8)进行水热分离回收，回收过程为：

采用氢侧冷凝器(81)与氢分离器(2)上氢气出口位置处的氢气换热，回收排出的氢气的热量，并将氢气中夹带的水蒸气冷凝成水；

采用氧侧冷凝器(82)与氧分离器(5)上氧气出口位置处的氧气换热，回收排出的氧气的热量，并将氧气中夹带的水蒸气冷凝成水；

氢侧冷凝器(81)和氧侧冷凝器(82)回收的热量通过热水罐(85)将热量存储在蓄热体(88)中或传输给城市生活用水(87)进行直接利用；

氢侧冷凝器(81)和氧侧冷凝器(82)回收的水分别返回到氢分离器(2)和氧分离器(5)中回收利用。

11.根据权利要求10所述的制氢的方法，其特征在于，所述回收的水的具体回收利用的过程为：

所述氧侧冷凝器(82)回收的水返回到氧分离器(5)中；氧分离器(5)中的水通过连通管路(6)输送到电解槽(1)中；

氢侧冷凝器(81)回收的水返回到氢分离器(2)中，氢分离器(2)中的水与氢气变压吸附装置(3)中的水均输出到分水罐(12)混合后输入到水箱(11)中，水箱(11)中的水通过补水泵(10)补充到氧分离器(5)中。

12.根据权利要求10或11所述的制氢的方法，其特征在于，启动时，氧分离器(5)中的水通过其上设置的加热器(7)加热至60℃以上，加热后的水通过连通管路(6)输送到去离子柱(13)处理后补充到电解槽(1)中；当连通管路(6)输送的水的温度高于80℃时，启动水泵(89)，将冷水罐(86)中的冷水输送到第一换热器(83)中进行连通管路(6)中热量回收；当连通管路(6)输送的水的温度低于60℃时，将热水罐(85)中的热水输送到第一换热器(83)中进行连通管路(6)加热，用于将输入电解槽(1)中水的温度范围控制在60‑80℃；

所述热水罐(85)中热水的温度低于40℃时，热水将输送到冷水罐(86)中，以实现冷水的实时补给。

说明书

一种波动功率输入下的质子交换膜电解水制氢系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电解水制氢领域，具体涉及一种波动功率输入下的质子交换膜电解水制氢系统及方法。

背景技术

[0002] 目前较为成熟的水电解制氢技术为碱性水电解制氢技术与纯水电解制氢技术，相比于碱性水电解制氢技术，纯水电解制氢技术具有无碱液污染、高效率、高产量、体积小等
优点。纯水电解制氢技术采用的是质子交换膜(PEM)电解槽，具有占地面积小、清洁无污染
等特点，可以灵活控制，方便负载调节。

[0003] 虽然纯水制氢系统具有上述的各种优点，但其在应用中还是存在启动速度慢，功率调节范围有限，变工况输入下系统压力、流量、温度等响应能力不足的问题，尤其是变工
况条件下，输入的功率波动范围大，导致制氢的产量不一，氢气通过氢分离器的重力进行分
离后，进入到用于氢气纯化的氢气变压吸附装置中的氢气气压不稳定，导致纯化效果不一，
质量不稳定。因此，采用现有的纯水制氢系统难以适应变工况下的氢气输出要求。

[0004] 另外，电解槽质子交换膜长时间承受应力交错，为了维持电解槽质子交换膜的使用寿命，应维持电解槽的压力在一稳定值，因此，氢气压力频繁波动，会对电解槽的寿命有
衰减影响。

[0005] 现有文献中并没有可根据输入源的变化情况来自动调整系统内部的压力、流量与温度值，实现电解制氢在风电、光伏等随机性、波动性可再生能源场景，以及用户用氢需求
变化等变工况运行场景下能够进行稳定制氢的记载。

发明内容

[0006] 因此，本发明要解决的技术问题在于采用现有的纯水制氢系统难以适应变工况下导致的功率波动范围大、氢气压力波动范围大、综合效率低的缺陷，从而提供一种波动功率
输入下的质子交换膜(PEM)电解水制氢系统，并提供了该系统的制氢方法。

[0007] 一种电解水制氢系统，包括电解槽和气水分离子系统，所述气水分离子系统包括与电解槽顺次连通的氢分离器、氢气变压吸附装置，所述氢分离器与氢气变压吸附装置之
间设置有多级稳压调控子系统；

[0008] 所述多级稳压调控子系统包括：

[0009] 第一出口管路，连通氢分离器和氢气变压吸附装置的进气口，其上设置有第一调节阀；

[0010] 第二出口管路，连通氢分离器与氢气变压吸附装置的吹扫气入口，其上设置有气动阀；

[0011] 第三出口管路，与氢分离器连通，其上设置有泄放阀。

[0012] 所述第二出口管路上还设置有稳压罐，该稳压罐位于气动阀和氢气变压吸附装置之间。

[0013] 本发明还包括热量综合管理子系统；所述气水分离子系统还包括与电解槽的氧气出口连通的氧分离器；

[0014] 所述热量综合管理子系统包括：

[0015] 氢侧冷凝器，安装在氢分离器的氢气出口位置处，用于与氢分离器分离出的氢气换热并分别回收氢气中的热量和水；

[0016] 氧侧冷凝器，安装在氧分离器的氧气出口位置处，用于与氧分离器分离出的氧气进行换热并分别回收氧气中的热量和水；

[0017] 热水罐，用于将回收的热量输送到热量利用子系统中进行利用；优选的，该热量利用子系统为用于存储热水罐中热量的蓄热体或直接利用该热水罐中热量的城市生活用水；

[0018] 冷水罐，用于接收热水罐中冷却后冷水并为氢侧冷凝器、氧侧冷凝器提供冷水，冷水经过换热后形成的热水返回到热水罐中；

[0019] 所述氢侧冷凝器回收的水返回到氢分离器中，氧侧冷凝器回收的水返回到氧分离器中。

[0020] 所述氧分离器的出水口通过连通管路与电解槽的进水口连通，所述氧分离器上设置有用于满足电解槽快速启动需求的加热器。

[0021] 所述热水罐可在电解槽低功率运行时为电解槽加热。

[0022] 所述热量综合管理子系统还包括设置在连通管路上，且通过冷水罐与热水罐形成另一循环管路的第一换热器；该第一换热器用于回收连通管路中水的热量并控制温度在
60‑80℃。当电解槽低功率运行时，电解槽散热快，自身产热无法维持恒定温度，由热水罐向
第一换热器输送热水，热水经过第一换热器换热后为第一换热器提供热量，供热后的热水
返回到热水罐中；当电解槽高功率运行时，由冷水罐向第一换热器输送冷水，冷水回收热量
后返回到热水罐中。

[0023] 该连通管路上设置有用于将氧分离器中的水泵入到电解槽中的变频循环水泵，变频循环水泵加设旁路调节阀，用于适应波动功率输入下电解槽用水量的频繁变化，以达到
供水流量深度调节流量的目的。

[0024] 所述连通管路上还设置有去离子柱；所述氢气变压吸附装置的氢气出口上设置有第二调节阀，所述氧分离器的氧气出口上设置有第三调节阀。

[0025] 上述的第一调节阀、第二调节阀和第三调节阀均为背压阀。

[0026] 一种电解水制氢系统进行制氢的方法，包括采用多级稳压调控子系统进行压力调节的过程：

[0027] 第一出口管路连通氢分离器与氢气变压吸附装置的氢气入口，当氢分离器中的氢气压力≤操作压力时，氢气由第一出口管路流出，经第一调节阀流向氢气变压吸附装置；

[0028] 第二出口管路连通氢分离器与气动阀的入口，气动阀与氢气变压吸附装置的吹扫口连接，当操作压力＜氢气压力＜保护压力时，氢气经过第二出口管路流出，经气动阀进入
氢气变压吸附装置的吹扫口，充分利用高压氢气反向吹扫氢气变压吸附装置；

[0029] 第三出口管路由氢气分离器引出，与卸放阀连接，当氢气压力≥保护压力时，氢气经由氢分离器的第三出口管路流出，经卸放阀排放。

[0030] 本发明还包括采用热量综合管理子系统进行水热分离回收，回收过程为：

[0031] 采用氢侧冷凝器与氢分离器上氢气出口位置处的氢气换热，回收排出的氢气的热量，并将氢气中夹带的水蒸气冷凝成水；

[0032] 采用氧侧冷凝器与氧分离器上氧气出口位置处的氧气换热，回收排出的氧气的热量，并将氧气中夹带的水蒸气冷凝成水；

[0033] 氢侧冷凝器和氧侧冷凝器回收的热量通过热水罐将热量存储在蓄热体中或传输给城市生活用水进行直接利用；

[0034] 氢侧冷凝器和氧侧冷凝器回收的水返回到氢分离器和氧分离器中回收利用。

[0035] 所述回收的水的具体回收利用的过程为：

[0036] 所述氧侧冷凝器回收的水返回到氧分离器中；氧分离器中的水通过连通管路输送到电解槽中；

[0037] 氢侧冷凝器回收的水返回到氢分离器中，氢分离器中的水与氢气变压吸附装置中的水均输出到分水罐混合后输入到水箱中，水箱中的水通过补水泵补充到氧分离器中。

[0038] 启动时，氧分离器中的水通过其上设置的加热器加热至60℃以上，加热后的水通过连通管路输送到去离子柱处理后补充到电解槽中；当连通管路输送的水的温度高于80℃
时，启动水泵，将冷水罐中的冷水输送到第一换热器中进行连通管路中热量回收；当连通管
路输送的水的温度低于60℃时，将热水罐中的热水输送到第一换热器中进行连通管路加
热，用于将输入电解槽中水的温度范围控制在60‑80℃；

[0039] 所述热水罐中热水的温度低于40℃时，热水将输送到冷水罐中，以实现冷水的实时补给。

[0040] 本发明技术方案，具有如下优点：

[0041] 1.本发明为了适用于波动功率下的电解槽产氢，创新性的在氢分离器与氢气变压吸附装置之间增加了多级稳压调控子系统，该多级稳压调控子系统包括第一出口管路、第
二出口管路和第三出口管路，本发明通过三个出口管路的相互联合调控，达到氢气平稳输
出、压力波动平抑、超压保护的目的，从而实现氢气的多级稳压调节，可面向波动功率输入
下的氢气压力波动工况，减小制氢系统内压力波动；

[0042] 具体的，第一出口管路连通氢分离器与氢气变压吸附装置的氢气入口，当氢气压力≤操作压力时，氢气由第一出口管路流出，经第一背压阀流向氢气变压吸附装置；第二出
口管路连通氢分离器与气动阀入口，气动阀出口与氢气变压吸附装置吹扫口连接，当操作
压力＜氢气压力＜保护压力时，氢气经过第二出口管路流出，经气动阀进入氢气变压吸附
装置的吹扫口，充分利用高压氢气反向吹扫氢气变压吸附装置，减少了氢气的浪费；第三出
口管路由氢气分离器引出，与卸放阀连接，当氢气压力≥保护压力时，氢气经由氢分离器的
第三出口管路流出，经卸放阀排放。由于氢分离器本身所具有分离水分、缓冲氢气波动压力
的作用，配合适用于压力波动调控的三个氢气出口管路联合作用，根据制氢系统内压力值
大小来调节，达到了减小系统压力波动的作用，有效适用于波动功率输入条件下的电解水
制氢，延长电解水制氢中电解槽的使用寿命；

[0043] 即，本发明可以适用于风电、光电、水力发电等工况条件下，以及用户需求的线性加减载、阶梯式加减载等变载工况条件下，适用范围更广。

[0044] 2.本发明增加设置有热量综合管理子系统，采用水热分离回收技术，通过在氢分离器与氧分离器后端设置换热器，可以将气体中的水与热量分别回收，其中，水回流到相应
的分离器中，热量则通过连接管中的循环冷却水被带到热水罐位置处回收利用；在氢分离
器与氧分离器后端设置的方式，通过冷水罐可最大限度的回收热量而不用考虑电解槽的恒
定运行温度，并可在电解槽高功率运行时堆第一换热器进行冷却；通过热水罐回收的热量
可储存于蓄热体中或供给于城市生活用水，可在电解槽低功率运行时提供热量，满足了电
解槽宽范围运行的需求，进而有效提高能源利用。

[0045] 因此，本发明通过回收氢分离器与氧分离器后端的热量，相比于传统的热回收系统，可更大限度的回收制氢系统的废热，减少氢气与氧气排出时携带的热量，回收效率更
高，并可适应电解槽低功率运行的需求。

[0046] 3.本发明的热量综合管理子系统还包括设置在连通管路上的第一换热器，当电解槽高功率运行时，连通管路上的热量过高，可以通过冷水罐将其中的冷水输送到第一换热
器中，进而实现与连通管路中的水进行换热，将连通管路中水中含有的过高的热量通过冷
水回收后返回到热水罐中，进而回收利用，进一步提高能源利用率；当电解槽低功率运行
时，电解槽散热快，自身产热无法维持恒定温度，由热水罐向第一换热器输送热水，热水经
过第一换热器换热后为连通管路提供热量，提供热量后的热水返回到热水罐中；

[0047] 并且，本发明通过在上述连通管路上设置与热水罐形成循环管路的方式，不仅仅可以有效实现热量回收，并且通过与连通管路上设置的温度计相配合，通过上述换热过程
的调控，可以有效将连通管路中的水温度控制在电解槽的工作温度范围60‑80℃，提高电解
槽的工作稳定性。

[0048] 4.本发明在氧分离器上增加设置有加热器，可以有效针对制氢系统快速启动的需求，以及低功率下运行热量散失过快的问题，通过加热器实时加热电解槽的进水温度，快速
达到额定工作状态，进而提高了制氢系统的波动适应性。氧气分离器具有缓冲补水水流、收
集废水、分离氧气与液体、快速加热的作用。

[0049] 5.本发明采用频率可调的循环水泵，即变频式循环水泵，并在变频式循环水泵上加设旁路调节阀，与流量监测仪配合调节进入电解槽的水流量，即，利用变频循环水泵在电
解槽功率变化时改变向电解槽提供的循环水流量，并使用流量监测仪实时监测流经电解槽
的水流量，达到了流量范围深度可调，有效进一步适应变工况情况下的波动输入，提高了制
氢系统的波动适应性。

[0050] 6.本发明利用增加的水箱，不仅仅可以有效为氧分离器补充水进而提供给电解槽，并且该水箱的设置还能有效收集氢分离器和氢气变压吸附装置分离出的水，提高水的
利用率。

[0051] 综上可知：本发明可根据输入源的变化情况来自动调整系统内部的压力、流量与温度值，实现电解制氢在风电、光伏等随机性、波动性可再生能源场景，以及用户用氢需求
变化等变工况运行场景下的稳定制氢。

附图说明

[0052] 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。

[0053] 图1为本发明的结构示意图。

[0054] 附图标记说明：

[0055] 1‑电解槽，2‑氢分离器，3‑氢气变压吸附装置，4‑多级稳压调控子系统，5‑氧分离器，6‑连通管路，7‑加热器，8‑热量综合管理子系统，9‑变频循环水泵，10‑补水泵，11‑水箱，
12‑分水罐，13‑去离子柱，14‑第二调节阀，15‑第三调节阀，16‑稳压直流电源；

[0056] 41‑第一出口管路，42‑第二出口管路，43‑第三出口管路，44‑第一调节阀，45‑稳压罐，46‑泄放阀，47‑气动阀；

[0057] 81‑氢侧冷凝器，82‑氧侧冷凝器，83‑第一换热器，84‑连接管，85‑热水罐，86‑冷水罐，87‑城市生活用水，88‑蓄热体，89‑热回收循环泵。

具体实施方式

[0058] 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。

[0059] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为
指示或暗示相对重要性。

[0060] 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。

[0061] 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。

[0062] 实施例

[0063] 一种电解水制氢系统，如图1所示，包括电解槽1和气水分离子系统，所述气水分离子系统包括与电解槽1顺次连通的氢分离器2、氢气变压吸附装置3，所述氢分离器2与氢气
变压吸附装置3之间设置有多级稳压调控子系统4。其中，所述多级稳压调控子系统4包括：
第一出口管路42，连通氢分离器2和氢气变压吸附装置3的进气口，其上设置有第一调节阀
44；第二出口管路41，连通氢分离器2与氢气变压吸附装置3的吹扫气入口，其上设置有气动
阀47；第三出口管路43，与氢分离器2连通，其上设置有泄放阀46。

[0064] 本发明通过上述结构的设置，可以在电解槽产氢速度不稳定时，根据制氢系统内压力值大小来调节，从而起到减小系统压力波动的作用；具体的，第一出口管路连通氢分离
器与氢气变压吸附装置的氢气入口，当氢气压力≤操作压力时，氢气由第一出口管路流出，
经第一背压阀流向氢气变压吸附装置；第二出口管路连通氢分离器与气动阀入口，气动阀
出口与氢气变压吸附装置吹扫口连接，当操作压力＜氢气压力＜保护压力时，氢气经过第
二出口管路流出，经气动阀进入氢气变压吸附装置的吹扫口，充分利用高压氢气反向吹扫
氢气变压吸附装置，减少了氢气的浪费；第三出口管路由氢气分离器引出，与卸放阀连接，
当氢气压力≥保护压力时，氢气经由氢分离器的第三出口管路流出，经卸放阀排放。由于氢
分离器本身所具有分离水分、缓冲氢气波动压力的作用，配合适用于压力波动调控的三个
氢气出口管路联合作用，实现了对氢气的多级稳压调控，达到了减小系统压力波动的作用，
有效适用于波动功率输入条件下的电解水制氢；即，本发明可以适用于风电、光电、水力发
电等工况条件下，以及用户需求的线性加减载、阶梯式加减载等变载工况条件下，适用范围
更广。

[0065] 为了进一步提高气压的稳定性，所述第二出口管路41上还设置有稳压罐45，该稳压罐45位于气动阀47和氢气变压吸附装置3之间，可以暂时缓存多余的氢气，达到稳定氢气
变压吸附装置中吹扫气体压力的目的。

[0066] 本发明中的气水分离子系统还包括与电解槽1的氧气出口连通的氧分离器5。本发明中该氧分离器5分离后的水可以同时与氢分离器2、氢气变压吸附装置3分离出的水一起
排出，也可以循环返回到电解槽1中，增加水的利用率。当采用循环返回到电解槽1中的方式
时，第一种实现方式为：将氧分离器5、氢分离器2和氢气变压吸附装置3分离出的水均暂存
到水箱11中进行存储，然后通过补水泵10将水箱11与电解槽1的进水口连通，进而达到水循
环利用的目的。第二种实现方式为：将氧分离器5中的水直接通过连通管路6与电解槽1的进
水口连通，在连通管路6上设置变频循环水泵9，通过变频循环水泵9直接将氧分离器5中的
水补充到电解槽1中；而氢分离器2和氢气变压吸附装置3分离出的水则存储到水箱11中，通
过水箱11为电解槽1补充水分。

[0067] 其中，采用第二种实现方式时，该采用水箱11为电解槽1补充水分时，该水箱11的出水口既可以直接通过补水泵10与电解槽1的进水口连通，也可以通过补水泵10与氧分离
器5的进水口连通，进而通过氧分离器5与电解槽1连通。

[0068] 为了能有效提高电解槽1的启动效率，本发明中优选采用所述氧分离器5上增加设置加热器7，可以采用尽量低的能耗有效将水加热到所需温度，当加热后的水通过连通管路
6补充到电解槽1中后即可有效提高电解槽1的启动效率，启动速度明显提高。

[0069] 为了进一步对系统中的热量进行有效利用，本发明中还增加设置有热量综合管理子系统8，所述热量综合管理子系统8包括氢侧冷凝器81、氧侧冷凝器82、热水罐85和连接管
84。其中，氢侧冷凝器81安装在氢分离器2的氢气出口位置处，与氢分离器分离出的氢气换
热，换热后的氢气通过第一出口管路42和/或第二出口管路41分别排出到氢气变压吸附装
置3的进气口和/或吹扫气中；氧侧冷凝器82安装在氧分离器5的氧气出口位置处，用于与氧
分离器5分离出的氧气进行换热；热水罐85通过连接管84与氢侧冷凝器81和氧侧冷凝器82
连通形成循环管路，可以有效将气体中的热量进行回收利用；为了能有效实现循环，在该连
接管84形成的循环管路上设置一个热回收循环泵89，促使连接管84中液体能够一直处于循
环状态，进而保证氢侧冷凝器81、氧侧冷凝器82和热水罐85处于工作状态。

[0070] 因此，通过上述在氢分离器与氧分离器后端设置换热器的方式，可以将气体中的水与热量进一步分别回收，其中，水回流到相应的分离器中，热量通过连接管84中的循环冷
却水被带到热水罐85中，该热水罐85中的热水可以与城市生活用水87进行换热，还可以通
过变频风机与蓄热体88进行换热，达到热能有效利用的目的。上述的蓄热体为一种高密度
储热装置，可以通过变频风机在蓄热体与热水罐85之间循环热风，将热水罐85中的热量存
储进蓄热体中。

[0071] 进一步的，为了更好避免加热器7加热后的温度过高超出电解槽1的恒定工作温度范围。因此，所述热量综合管理子系统8还包括设置在连通管路6上的第一换热器83，同时，
在热回收循环泵89与热水罐85之间设置有冷水罐86，该第一换热器83通过与热水罐85、冷
水罐86形成热回收循环管路；该第一换热器83通过与热水罐85形成热释放循环管路。热回
收循环管路和热释放循环管路，通过与连通管路6上的温度计相配合，即可在达到回收水中
热量的同时，有效保证进入到电解槽1中水的温度，提高电解槽1的运行稳定性。

[0072] 具体的，本发明启动时，氧分离器5中的水通过其上设置的加热器7加热至60℃以上，加热后的水通过连通管路6输送到去离子柱13处理后补充到电解槽1中；当连通管路6输
送的水的温度高于80℃时，启动水泵89，将冷水罐86中的冷水输送到第一换热器83中进行
连通管路6中热量回收；当连通管路6输送的水的温度低于60℃时，将热水罐85中的热水输
送到第一换热器83中进行连通管路6加热，用于将输入电解槽1中水的温度范围控制在60‑
80℃。所述热水罐85中热水的温度低于40℃时，热水将输送到冷水罐86中，以实现冷水的实
时补给。

[0073] 因电解槽1中的水一定要是去离子水，因此，为了能保证进入到电解槽1中的水均是去离子水，所有进入到电解槽1中的水均需要经过去离子柱13进行净化，为了便于去离子
柱13的设置，结合上述第二种水循环返回到电解槽1中的方式，本发明中优选采用在氧分离
器5上设置进水口，通过补水泵10将水箱11与氧分离器5上的进水口连通的方式，此时，只需
仅仅只在连通管路6上设置一个去离子柱13即可有效保证进入到电解槽1中的水均是去离
子水。且上述方式的设置，也可以将氢分离器和氢气变压吸附装置分离出的水暂存在分水
罐12中，通过分水罐12与水箱11连通，可以将氢分离器和氢气变压吸附装置分离出的水返
回到水箱11中，进而实现氢分离器和氢气变压吸附装置中水的循环利用。

[0074] 进一步的，所述连通管路6上设置有流量监测仪，在变频式循环水泵9上还增加了旁路调节阀。所述电解槽1上的电输入端与稳压直流电源16连通。本发明经稳压直流电源能
够将源端交流电转变为直流电输出至电解槽，再利用变频循环水泵在电解槽功率变化时改
变向电解槽提供的循环水流量，并使用流量监测仪实时监测流经电解槽的水流量，结合旁
路调节阀的设置，可适应波动功率输入下电解槽用水量的频繁变化，达到供水流量范围深
度调节的目的，有效进一步适应变工况情况下的波动输入，提高制氢系统的波动适应性。

[0075] 为了使排出的氢气和氧气的气压更加稳定，在氢气出口和氧气出口位置处均设置有调节阀，具体的，所述氢气变压吸附装置3的氢气出口上设置第二调节阀14，所述氧分离
器5的氧气出口上设置有第三调节阀15。

[0076] 本实施例中上述的第一调节阀44、第二调节阀14、第三调节阀15均采用背压阀。

[0077] 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。