【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及氫氣冷凍除水領域，具體涉及一種電解水制氫的高壓低溫除水裝置。
技術介紹
1、電解水制氫是一種通過電解水分子來生產氫氣的技術，此過程可產生高純度的氫氣，但在高壓條件下生成的氫氣往往帶有水蒸氣，形成飽和氫氣。在許多工業應用中，如燃料電池和精細化工過程，對氫氣的純度有著嚴格的要求，因此必須將氫氣中的水分去除，以達到所需的干燥標準。
2、現有的氣體除水干燥技術主要依賴于物理分子吸附，提高氣體壓力，或者降低氣體溫度來實現。提高氣體壓力能有效脫除水分，然而這會導致整體系統的運行成本大幅增加。另一方面，降低氣體溫度則是一種成本更低的除濕方式，但如果氣體溫度低于冰點，水蒸氣會凝結成冰，結冰不僅可能導致冷凝器管路堵塞，影響氣體流動，而且還可能對系統的物理結構造成損害，從而增加維護成本，降低系統的可靠性和效率。因此，如何有效地管理和去除氫氣中的水分，以防止冷凝器管路結冰，是高壓制氫系統設計中的一個重要考慮因素。
3、針對這一問題，有必要開發一個既能有效除去氫氣中的水分，又能保持低成本運行的干燥系統。在低溫除水過程中，如何有效地進行化霜，防止氫氣中的水蒸氣在系統中結冰堵塞，成為設計這一系統的一項主要挑戰。
技術實現思路
1、為解決上述問題，本專利技術公開了一種電解水制氫的高壓低溫除水裝置。
2、為了達到以上目的，本申請公開了一種電解水制氫的高壓低溫除水裝置，包括高壓制氫區和用于對高壓制氫區產生的高壓熱飽和氫氣進行冷凍除水的雙溫制冷吸附區，所述雙溫制冷吸附
3、所述第一冷凝器與第二冷凝器之間串聯有第一濾水器，所述第二冷凝器和第三冷凝器之間串聯有第二濾水器；
4、所述第一濾水器及第二濾水器進一步包括外殼和轉動設置于外殼內的內筒，所述內筒的一端為氣體的進口端，其另一端為出口端；且內筒的內部安裝有錐形導流筒，錐形導流筒的尖端朝向內筒的進口端設置，所述錐形導流筒的尾端延其周向上均布有多個風輪葉片，所述風輪葉片的外端與內筒相連;
5、所述內筒的出口端與錐形導流筒的尾端之間均勻布置有多個水氣吸附片，所述水氣吸附片的外端伸出至內筒與外殼之間的空隙，所述外殼底端的排水口與汽水分離器相連通。
6、上述方案中，所述第一冷凝器、第二冷凝器和第三冷凝器依次連通形成第一u型冷凍除水通路；所述第三冷凝器、第二冷凝器和第一冷凝器依次連通形成第二u型冷凍除水通路；所述第一冷凝器和第三冷凝器的冷卻溫度低于第二冷凝器的冷卻溫度，且所述第一冷凝器和第三冷凝器工作狀態下的冷卻溫度小于等于-35℃，所述第二冷凝器作為中溫冷凝器，其工作狀態下的冷卻溫度為0-2℃；
7、所述高壓制氫區產生的高壓熱飽和氫氣交替通過第一u型冷凍除水通路和第二u型冷凍除水通路到達氫氣輸出端。
8、上述方案中，所述高壓制氫區包括水箱和電解槽，所述水箱通過管路連通所述電解槽的進口端，所述管路通過循環泵驅動；所述電解槽的出口端經單向閥連通至所述雙溫制冷吸附區；所述氫氣輸出端設置有背壓閥。
9、上述方案中，所述雙溫制冷吸附區進一步包括第一出口控制閥、第二出口控制閥、第一切換控制閥、第二切換控制閥以及冷卻通路切換閥；
10、其中，所述第一出口控制閥、第一切換控制閥、第二切換控制閥和第二出口控制閥依次串聯；所述第一冷凝器連通至所述第一出口控制閥與第一切換控制閥之間的管路，所述單向閥的出口端連通至所述第一切換控制閥與第二切換控制閥之間的管路，所述第三冷凝器連通至所述第二切換控制閥與第二出口控制閥之間的管路，所述第一出口控制閥和第二出口控制閥分別通過管路連通至所述背壓閥。
11、上述方案中，所述高壓制氫區進一步包括加熱區，所述加熱區用于加熱進入至所述雙溫制冷吸附區的氫氣。
12、上述方案中，所述加熱區包括設置于所述高壓制氫區與所述雙溫制冷吸附區之間連通管路上的加熱器。
13、上述方案中，所述加熱區包括設置于冷凝散熱器中的氫氣盤管，所述高壓制氫區產生的高壓熱飽和氫氣連通至所述冷凝散熱器中的氫氣盤管，并經所述氫氣盤管連通至所述雙溫制冷吸附區。
14、上述方案中，所述汽水分離器的出口端安裝有排水控制閥，所述排水控制閥通過管道與水箱相連通，形成過濾水回流通道；所述汽水分離器中進一步設置有水位傳感器，該水位傳感器用于檢測汽水分離器中的水位，并輸出水位高度信號至控制器，以使所述控制器根據所述水位高度信號，控制所述排水控制閥的排水量，通過控制所述排水量使所述汽水分離器中的水位高度高于所述第一濾水器在汽水分離器中的排水位置。
15、上述電解水制氫的高壓低溫除水方法，包括以下步驟：
16、根據預設時間將電解水制氫的高壓低溫除水裝置交替切換至第一u型冷凍除水動作和第二u型冷凍除水動作；
17、在執行第一u型冷凍除水動作時，高壓熱飽和氫氣經第一切換控制閥進入所述第一u型冷凍除水通路進行冷凍除水，此時第一u型冷凍除水通路中第三冷凝器和第二冷凝器處于制冷狀態，第一冷凝器處于無制冷狀態，除水后的氫氣經過第二出口控制閥到達氫氣輸出端的背壓閥以供使用；
18、在執行第二u型冷凍除水動作時，高壓熱飽和氫氣經第二切換控制閥進入所述第二u型冷凍除水通路進行冷凍除水，此時第二u型冷凍除水通路中第一冷凝器和第二冷凝器處于制冷狀態，第三冷凝器處于無制冷狀態，除水后的氫氣經過第一出口控制閥到達氫氣輸出端的背壓閥以供使用；
19、所述預設時間為20min。
20、相對于現有技術，本專利技術具有如下優點：本申請的方案中，根據不同的次序將第一冷凝器、第二冷凝器和第三冷凝器串聯形成兩條方向相反的第一u型冷凍除水通路和第二u型冷凍除水通路；其中，第一冷凝器和第三冷凝器冷卻溫度低于第二冷凝器的冷卻溫度，且第一冷凝器和第三冷凝器工作狀態下的冷卻溫度小于等于-35℃；在工作溫度相對較低的第一冷凝器和第三冷凝器結霜時，能夠便捷的切換至另一方向的冷凍除水通路，并利用高壓熱飽和氫氣的熱量對之前結霜的冷凝器進行化霜處理，同時該冷凝器也能夠起到對高壓熱飽和氫氣的初步降溫作用；從而可以有效地防止和消除冷凝器管路中的結霜，確保氫氣的連續、穩定流動；通過這種設計，不僅提高了整個制氫系統的效率和可靠性，而且還實現了成本的優化，為電解水制氫提供了一種全面和經濟的干燥解決方案。
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1.一種電解水制氫的高壓低溫除水裝置，其特征在于：包括高壓制氫區和用于對高壓制氫區產生的高壓熱飽和氫氣進行冷凍除水的雙溫制冷吸附區，所述雙溫制冷吸附區包括串聯的第一冷凝器（9）、第二冷凝器（10）和第三冷凝器（11）；
2.根據權利要求1所述的一種電解水制氫的高壓低溫除水裝置，其特征在于：所述第一冷凝器（9）、第二冷凝器（10）和第三冷凝器（11）依次連通形成第一U型冷凍除水通路；所述第三冷凝器（11）、第二冷凝器（10）和第一冷凝器（9）依次連通形成第二U型冷凍除水通路；所述第一冷凝器（9）和第三冷凝器（11）的冷卻溫度低于第二冷凝器（10）的冷卻溫度，且所述第一冷凝器（9）和第三冷凝器（11）工作狀態下的冷卻溫度小于等于-35℃，所述第二冷凝器（10）作為中溫冷凝器，其工作狀態下的冷卻溫度為0-2℃；
3.根據權利要求2所述的一種電解水制氫的高壓低溫除水裝置，其特征在于：所述高壓制氫區包括水箱（1）和電解槽（3），所述水箱（1）通過管路連通所述電解槽（3）的進口端，所述管路通過循環泵（2）驅動；所述電解槽（3）的出口端經單向閥（4）連通至所述雙溫制冷吸
4.根據權利要求3所述的一種電解水制氫的高壓低溫除水裝置，其特征在于：所述雙溫制冷吸附區進一步包括第一出口控制閥（5）、第二出口控制閥（7）、第一切換控制閥（6）、第二切換控制閥（8）以及冷卻通路切換閥（17）；
5.根據權利要求4所述的一種電解水制氫的高壓低溫除水裝置，其特征在于：所述高壓制氫區進一步包括加熱區，所述加熱區用于加熱進入至所述雙溫制冷吸附區的氫氣。
6.根據權利要求5所述的一種電解水制氫的高壓低溫除水裝置，其特征在于：所述加熱區包括設置于所述高壓制氫區與所述雙溫制冷吸附區之間連通管路上的加熱器（401）。
7.根據權利要求5所述的一種電解水制氫的高壓低溫除水裝置，其特征在于：所述加熱區包括設置于冷凝散熱器（19）中的氫氣盤管（192），所述高壓制氫區產生的高壓熱飽和氫氣連通至所述冷凝散熱器（19）中的氫氣盤管（192），并經所述氫氣盤管（192）連通至所述雙溫制冷吸附區。
8.根據權利要求3所述的一種電解水制氫的高壓低溫除水裝置，其特征在于：所述汽水分離器（14）的出口端安裝有排水控制閥（15），所述排水控制閥（15）通過管道與水箱（1）相連通，形成過濾水回流通道；所述汽水分離器（14）中進一步設置有水位傳感器（141），該水位傳感器（141）用于檢測汽水分離器（14）中的水位，并輸出水位高度信號至控制器，以使所述控制器根據所述水位高度信號，控制所述排水控制閥（15）的排水量，通過控制所述排水量使所述汽水分離器（14）中的水位高度高于所述第一濾水器（12）在汽水分離器（14）中的排水位置。
...【技術特征摘要】
1.一種電解水制氫的高壓低溫除水裝置，其特征在于：包括高壓制氫區和用于對高壓制氫區產生的高壓熱飽和氫氣進行冷凍除水的雙溫制冷吸附區，所述雙溫制冷吸附區包括串聯的第一冷凝器（9）、第二冷凝器（10）和第三冷凝器（11）；
2.根據權利要求1所述的一種電解水制氫的高壓低溫除水裝置，其特征在于：所述第一冷凝器（9）、第二冷凝器（10）和第三冷凝器（11）依次連通形成第一u型冷凍除水通路；所述第三冷凝器（11）、第二冷凝器（10）和第一冷凝器（9）依次連通形成第二u型冷凍除水通路；所述第一冷凝器（9）和第三冷凝器（11）的冷卻溫度低于第二冷凝器（10）的冷卻溫度，且所述第一冷凝器（9）和第三冷凝器（11）工作狀態下的冷卻溫度小于等于-35℃，所述第二冷凝器（10）作為中溫冷凝器，其工作狀態下的冷卻溫度為0-2℃；
3.根據權利要求2所述的一種電解水制氫的高壓低溫除水裝置，其特征在于：所述高壓制氫區包括水箱（1）和電解槽（3），所述水箱（1）通過管路連通所述電解槽（3）的進口端，所述管路通過循環泵（2）驅動；所述電解槽（3）的出口端經單向閥（4）連通至所述雙溫制冷吸附區；所述氫氣輸出端設置有背壓閥（16）。
4.根據權利要求3所述的一種電解水制氫的高壓低溫除水裝置，其特征在于：所述雙溫制冷吸附區進一步包括第一出口控制閥（5）、第二出口控制閥（7）、第一切換控制閥（6）...
【專利技術屬性】
技術研發人員：夏建華，韓志偉，胡濤，孟薇，
申請(專利權)人：典石科技常州有限公司，
類型：發明
國別省市：
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