本發(fā)明涉及水電解制氫，具體涉及一種水電解制氫裝置內(nèi)部堿液濃度檢測方法。

背景技術(shù)：

1、水電解制氫裝置是一種以堿性水為原料，通過電解水來制取氫氣的設(shè)備組合。水電解制氫裝置的核心?設(shè)備為電解槽?，其主要由極板、電極網(wǎng)片（陽極網(wǎng)片和陰極網(wǎng)片）、隔膜、密封墊片和端板等組裝而成，并在其內(nèi)部形成陽極室和陰極室。電解槽工作時，在堿液（電解液）中通入電流，水電解后，在陰極產(chǎn)生氫氣，在陽極產(chǎn)生氧氣。在這一過程中，堿液中的水不斷電解消耗，從而導致堿液濃度發(fā)生變化，為了保持堿液濃度的穩(wěn)定，提高電解效率，電解過程中需要進行補水。為此需要通過檢測電解槽內(nèi)堿液濃度，并根據(jù)堿液濃度的變化進行合理補水。

2、目前，電解槽內(nèi)堿液濃度的檢測方法主要有氣液分離液位檢測法和排出堿液檢測濃度法。氣液分離液位檢測法是通過水電解制氫裝置的檢測氣液分離裝置內(nèi)液位變化來判定電解槽內(nèi)電解液的堿液濃度，其存在的不足是檢測的穩(wěn)定性差，往往與實際的堿液濃度存在較大差異。排出堿液檢測濃度法是將電解槽內(nèi)排出的電解液進行堿液濃度的檢測，其是一種離線檢測方法，其缺點是不能實時在線監(jiān)測電解槽內(nèi)堿液濃度的動態(tài)變化，由此可能會導致補水作業(yè)延時情況，從而影響電解槽的性能。

3、另外，考慮到實際工作時電解槽內(nèi)各處的堿液濃度分布并不均勻，而現(xiàn)有的堿液濃度檢測方法，其檢測到的堿液濃度主要是從電解槽的堿液引出口部位高度位置處的堿液濃度情況，無法對電解槽內(nèi)各高度位置處的堿液濃度及分布情況作出較為準確的綜合評估。而準確掌握電解槽內(nèi)各處堿液濃度及分布情況，不但有利于正式投入使用的電解槽的精確補水作業(yè)，而且更利于處于研發(fā)試制階段的新型電解槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計的不斷改進，從而有助于研發(fā)出內(nèi)部堿液濃度分布更為均勻的高性能電解槽。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種水電解制氫裝置內(nèi)部堿液濃度檢測方法，旨在實現(xiàn)電解槽內(nèi)堿液濃度的實時在線監(jiān)測，并提高電解槽內(nèi)堿液濃度檢測的準確性。具體的技術(shù)方案如下：

2、一種水電解制氫裝置內(nèi)部堿液濃度檢測方法，在水電解制氫裝置的電解槽上引出一路用于接納來自于所述電解槽內(nèi)部電解液的堿液濃度檢測管路，使得電解槽內(nèi)的電解液進入到所述堿液濃度檢測管路內(nèi)并向前流動，并在所述堿液濃度檢測管路上設(shè)置插入到所述堿液濃度檢測管路內(nèi)電解液中的電導率傳感器，通過使用所述電導率傳感器對堿液濃度檢測管路內(nèi)流動的電解液電導率進行檢測，實現(xiàn)電解槽內(nèi)的電解液堿液濃度的實時在線監(jiān)測。

3、作為本發(fā)明中的堿液濃度檢測管路設(shè)置的優(yōu)選方案之一，所述堿液濃度檢測管路為設(shè)置在所述電解槽出液口與所述水電解制氫裝置的氣液分離器的堿液換熱器進液口之間的電解槽出液主管道，即將原有的電解槽出液主管道作為所述的堿液濃度檢測管路，并在所述電解槽出液主管道上設(shè)置所述電導率傳感器，實現(xiàn)電解槽內(nèi)的電解液堿液濃度的實時在線監(jiān)測。

4、作為本發(fā)明中的堿液濃度檢測管路設(shè)置的優(yōu)選方案之二，所述堿液濃度檢測管路為從所述電解槽氣液分離器的堿液換熱器出液口位置至電解槽進口的主檢測管道，并在所述主檢測管道上設(shè)置所述電導率傳感器，實現(xiàn)電解槽內(nèi)的電解液堿液濃度的實時在線監(jiān)測。

5、優(yōu)選的，所述堿液濃度檢測管路上按照電解液的流動方向設(shè)置有依次連通的第一止回閥、電解液流動檢測盒和第二止回閥，所述電導率傳感器設(shè)置在所述電解液流動檢測盒上，所述電導率傳感器的檢測探頭插入于所述電解液流動檢測盒內(nèi)部的電解液中。

6、優(yōu)選的，所述堿液濃度檢測管路上還設(shè)置有過濾器。

7、更優(yōu)選的，所述堿液濃度檢測管路上按照電解液的流動方向依次設(shè)置有第一球閥、過濾器、第一止回閥、電解液流動檢測盒、第二止回閥和第二球閥，所述電導率傳感器設(shè)置在所述電解液流動檢測盒上，所述電導率傳感器的檢測探頭插入于所述電解液流動檢測盒內(nèi)部的電解液中。

8、優(yōu)選的，所述過濾器為籃式過濾器、y型過濾器、t型過濾器等過濾器中的一種。

9、為了提高導電率檢測的精確性，所述堿液濃度檢測管路上設(shè)置有用于檢測所述堿液濃度檢測管路內(nèi)電解液溫度以實現(xiàn)導電率檢測溫度補償?shù)臏囟葯z測傳感器；所述電導率傳感器和所述溫度檢測傳感器分別連接電導率控制器。

10、優(yōu)選的，所述溫度檢測傳感器設(shè)置在所述堿液濃度檢測管路上的靠近所述電解液流動檢測盒的位置。

11、本發(fā)明中，所述電導率控制器為帶有顯示裝置的電導率控制器，可用于直接在控制程序內(nèi)顯示堿液的電導率。

12、優(yōu)選的，在所述堿液濃度檢測管路的兩端之間還連接有旁通管道，所述旁通管道上設(shè)置有旁通閥。

13、優(yōu)選的，所述旁通閥為球閥。

14、作為本發(fā)明的進一步改進，所述電解液流動檢測盒為十字形四通管，所述十字形四通管通過其左右兩端的縱向管體串接在所述堿液濃度檢測管路上，所述電導率傳感器安裝在所述十字形四通管的上下兩端的橫向管體的其中一個橫向管體的管口部位，所述電導率傳感器的檢測探頭插入于所述十字形四通管的內(nèi)部中心部位；在所述十字形四通管上還設(shè)置有用于定期刷新去除所述電導率傳感器的檢測探頭表面污物的傳感探頭表面污物刷新器，所述傳感探頭表面污物刷新器包括安裝在所述十字形四通管上下兩端橫向管體的其中另一個橫向管體的管口部位的攪拌電機、固定在所述攪拌電機的電機軸上的旋轉(zhuǎn)盤、沿周向豎立設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)盤上且布置在所述電導率傳感器的檢測探頭外圍的若干數(shù)量的攪拌刮板。

15、作為本發(fā)明的更進一步改進，用于安裝所述傳感探頭表面污物刷新器的橫向管體的管口部位設(shè)置有波紋管式罩殼，所述攪拌電機固定在所述波紋管式罩殼的頂部；在所述波紋管式罩殼的頂部還設(shè)置有若干超聲波振子，所述超聲波振子外接超聲波發(fā)生器。

16、優(yōu)選的，所述波紋管式罩殼包括波紋管管體、設(shè)置在所述波紋管管體上端作為所述波紋管式罩殼頂部的蓋板、設(shè)置在所述波紋管管體下端與所述十字形四通管的上端管口固定連接的法蘭；在所述蓋板的下端面向下豎立設(shè)置有若干數(shù)量位于所述波紋管管體外圍的導向桿，所述法蘭上對應(yīng)設(shè)置有若干數(shù)量的導向孔，所述導向桿插入到所述導向孔中；在位于所述蓋板與所述法蘭之間的一段所述導向桿外圓上還外套有壓縮彈簧。

17、根據(jù)電解工況的實際情況，可以選擇在電解液攪拌和超聲振動清洗情況下進行電導率的檢測，也可以選擇在電解液攪拌停止和超聲振動清洗停止情況下進行電導率的檢測。

18、作為本發(fā)明中的堿液濃度檢測管路設(shè)置的優(yōu)選方案之三，所述水電解制氫裝置的電解槽上設(shè)置有若干數(shù)量用于支撐電極網(wǎng)片并通過密封墊片依次堆疊夾緊的極板，所述極板包括主極板和連接在所述主極板外緣的極框；至少其中的一個極板上設(shè)置有用于從電解槽內(nèi)部的不同高度位置進行電解液在線均衡取樣的內(nèi)部電解液均衡取樣器，所述堿液濃度檢測管路為設(shè)置在所述電解槽外部且與所述內(nèi)部電解液均衡取樣器相連通的外部取樣管路；所述內(nèi)部電解液均衡取樣器包括開設(shè)在所述極框上的取樣引出孔、沿上下方向設(shè)置在所述主極板上的溝槽、鑲嵌在所述溝槽內(nèi)的取樣小管，所述取樣小管的上端與所述極框上的取樣引出孔相連接；在所述取樣小管的至少上、中、下位置的管壁上開設(shè)有取樣導入孔。

19、優(yōu)選的，所述電解槽中靠所述電解槽兩側(cè)的一對極板上對應(yīng)設(shè)置有一對內(nèi)部電解液均衡取樣器；所述外部取樣管路的兩端對應(yīng)地連接在所述一對內(nèi)部電解液均衡取樣器的取樣引出孔之間，并在所述外部取樣管路上設(shè)置有循環(huán)泵。

20、更優(yōu)選的，所述電解槽中的極板分為a、b兩組，且兩組極板中的a組極板和b組極板之間依次交替設(shè)置；所述a組極板上的各取樣引出孔相互連通形成取樣引出a通道，所述b組極板上的各取樣引出孔相互連通形成取樣引出b通道。

21、本發(fā)明中，位于相鄰兩極框之間的密封墊片上設(shè)置有用于實現(xiàn)所述取樣引出a通道在所述密封墊片處貫通的密封墊片a通孔，位于相鄰兩極框之間的密封墊片上還設(shè)置有用于實現(xiàn)所述取樣引出b通道在所述密封墊片處貫通的密封墊片b通孔。

22、更優(yōu)選的，為了更好地在研發(fā)試制階段掌握新設(shè)計電解槽的內(nèi)部各處的堿液濃度分布情況，可以在各極板的取樣小管上分別只設(shè)置一個指定高度位置的取樣導入孔（而不是多個取樣導入孔），同時在兩兩相鄰的成對極板與外部取樣管路之間設(shè)置單獨的取樣回路（屬于同一對極板上的取樣小管上的取樣導入孔高度相同，不屬于同一對極板上的取樣小管上的取樣導入孔高度位置相互不同），從而可以分別測定電解槽的內(nèi)不同高度位置處的堿液濃度分布情況，有利于在研發(fā)試制階段進一步改進電解槽結(jié)構(gòu)，使得電解槽的內(nèi)堿液濃度分布更加趨于均衡。

23、另外，也可以針對每一個極板單獨設(shè)置一個取樣回路，這時最好將極板的取樣小管在某高度處斷開而形成斷口（代替原來取樣小管上的多個取樣導入孔，即不再設(shè)置取樣導入孔，斷開處直接作為堿液取樣導入位置），同時取樣小管的兩下兩端分別對應(yīng)連通極框上下端位置處的取樣引出孔，上下取樣引出孔與外部取樣管路的兩端對應(yīng)連接，從而構(gòu)成單獨的取樣回路。通過將不同極板的取樣小管的斷口處高度設(shè)置為相互不同，實現(xiàn)電解槽內(nèi)不同高度處堿液濃度的分別檢測。

24、本發(fā)明的有益效果是：

25、第一，本發(fā)明的一種水電解制氫裝置內(nèi)部堿液濃度檢測方法，通過在水電解制氫裝置的電解槽上引出一路用于接納來自于所述電解槽內(nèi)部電解液的堿液濃度檢測管路，并在堿液濃度檢測管路設(shè)置連接電導率控制器的電導率傳感器，實現(xiàn)了電解槽內(nèi)堿液濃度的實時在線監(jiān)測，并提高了電解槽內(nèi)堿液濃度檢測的準確性。通過對電解槽槽內(nèi)堿液電導率的準確實時監(jiān)測，有利于及時判斷堿液狀況，防止因堿液濃度變化過大引起能耗波動的增大。

26、第二，本發(fā)明的一種水電解制氫裝置內(nèi)部堿液濃度檢測方法，提供了堿液濃度檢測管路設(shè)置的多種技術(shù)方案，為電解槽內(nèi)堿液濃度的在線實時監(jiān)測提供了良好的設(shè)計構(gòu)思。

27、第三，本發(fā)明的一種水電解制氫裝置內(nèi)部堿液濃度檢測方法，電導率傳感器部位設(shè)置有傳感探頭表面污物刷新器，傳感探頭表面污物刷新器上的攪拌刮板在旋轉(zhuǎn)時能夠在電解液流動檢測盒（十字形四通管）內(nèi)的傳感探頭周圍掀起猛烈地旋轉(zhuǎn)波浪，并與作用在電解液上的超聲波清洗能量相結(jié)合，起到強力洗刷傳感探頭表面的作用，從而解決了電解槽長時間工作時其電導率傳感器的傳感探頭容易受到污物粘附所導致的測量精度下降的難題。由此提高了電導率檢測的穩(wěn)定性和長期工作的可靠性。

28、第四，本發(fā)明的一種水電解制氫裝置內(nèi)部堿液濃度檢測方法，通過設(shè)置內(nèi)部電解液均衡取樣器，可以在電解槽內(nèi)部取樣到包括上中下不同高度位置處的堿液，克服了常規(guī)堿液濃度檢測方法只能取樣到靠電解槽的堿液引出口部位高度位置處的堿液濃度情況的弊端，從而能夠?qū)﹄娊獠蹆?nèi)部的堿液濃度情況作出更為客觀準確的綜合評估，實現(xiàn)補水作業(yè)的最優(yōu)化，從而進一步提高電解槽的性能。

29、第五，本發(fā)明的一種水電解制氫裝置內(nèi)部堿液濃度檢測方法，通過在兩兩相鄰的成對極板與外部取樣管路之間設(shè)置單獨的取樣回路，或者針對每一個極板與外部取樣管路之間單獨設(shè)置一個取樣回路，可以實現(xiàn)電解槽內(nèi)部不同高度位置堿液濃度的分別檢測，有利于在研發(fā)試制階段全面掌握新設(shè)計電解槽的內(nèi)部各處的堿液濃度分布情況，從而可以對電解槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行有針對性的改進，進而研發(fā)出內(nèi)部堿液濃度分布更為均勻的高性能電解槽。