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申请/专利权人：武汉理工大学

摘要：本发明公开了一种适用于PEM电解制氢系统的热回收系统。该系统包括PEM电解槽，所述PEM电解槽电解水产生的氢气、氧气混合水蒸气流入水气隔离装置进行水、气分离，分离出的纯水经过第一换热器进行降温至PEM电解槽运行温度后，再进入PEM电解槽前端，分离出的氢气、氧气与水蒸气的混合气体经过第二换热器进行热量回收；所述PEM电解槽后端流出的电解水经过第四换热器进行热量回收，并将电解水降低至PEM电解槽运行温度后，由第二循环泵送入PEM电解槽前端；构建PEM电解槽热力学模型，构建水气隔离装置质量能量平衡模型，构建第四换热器热交换模型。本发明实现废热的多级回收，扩大PEM电解槽运行温度范围，提高电解制氢系统的能量利用效率。

主权项：1.一种适用于PEM电解制氢系统的热能管理系统，其特征在于：包括PEM电解槽1，所述PEM电解槽1电解水产生的氢气从电堆阴极排出，氢气混合水蒸气流入第一水气隔离装置2进行水、气分离，分离出的纯水经过第一循环泵3流入第一换热器4进行降温至PEM电解槽运行温度后，再进入PEM电解槽1前端，分离出的氢气与水蒸气的混合气体经过第二换热器6进行热量回收；所述PEM电解槽1电解水产生的氧气从电堆阳极排出，氧气混合水蒸气流入第二水气隔离装置5进行水、气分离，分离出的纯水经过第一循环泵3流入第一换热器4进行降温至PEM电解槽运行温度后，再进入PEM电解槽1前端，分离出的氧气与水蒸气的混合气体经过第三换热器7进行热量回收；所述PEM电解槽1后端流出的电解水经过第四换热器8进行热量回收，并将电解水降低至PEM电解槽运行温度后，由第二循环泵9送入PEM电解槽1前端；所述第一换热器4的冷却水、第二换热器6的冷却水、第三换热器7的冷却水、第四换热器8的冷却水循环互通；构建PEM电解槽热力学模型，构建第一水气隔离装置2和第二水气隔离装置5质量能量平衡模型，构建第四换热器8热交换模型，模拟电解制氢系统的真实运行，并通过PEM电解槽的物料平衡，计算能量和质量的平衡，控制PEM电解槽运行温度在理想范围内，从而提高电解制氢系统的能量利用效率；所述PEM电解槽热力学模型如下： 式中，Cth为集总电热容，Qgen为电解槽电解过程中产生的瞬态热量，QH2o为第一换热器4的热能输入，Qloss,el为电解槽电堆对环境的热损失，Qgas为从第二换热器6和第三换热器7流出的气体热量，所述气体包括氢气、氧气和水蒸气，Qcool为第二换热器6、第三换热器7、以及第四换热器8带走的热量，即冷却水带走的热量。

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