本申请涉及一种电解水制氢系统及工艺，包括：高温碱性水电解制氢单元和高温固态氧化物电解制氢单元；将经过所述高温碱性水电解制氢单元后的碱性水经减压单元减压后得到水蒸气；将得到的所述水蒸气送入所述高温固体氧化物电解制氢单元进行制氢。其提高了能源转换效率，避免了热量损失造成的能量浪费，降低了电解制氢成本。
2.根据权利要求1所述的电解水制氢系统，其特征是，经减压后得到的水蒸气经过精
3.根据权利要求2所述的电解水制氢系统，其特征是，所述精制处理为洗涤处理或者
4.根据权利要求3所述的电解水制氢系统，其特征是，所述精制处理为洗涤处理。
5.根据权利要求2所述的电解水制氢系统，其特征是，对经过所述精制处理后的水蒸
6.根据权利要求1所述的电解水制氢系统，其特征是，经所述高温碱性水电解制氢单
7.根据权利要求1所述的电解水制氢系统，其特征是，所述高温碱性水电解制氢单元
所述氢处理单元的液相进口适用于连通碱性水水源，所述氢处理单元的液相出口与所
所述氧处理单元的液相进口适用于连通所述碱性水水源，所述氧处理单元的液相出口
所述减压单元的液相出口与所述碱液循环单元的进口连通，所述碱液循环单元的出口
所述电解槽的进口连通，所述减压单元的气相出口与所述高温固态氧化物电解制氢单元的
所述电解槽的出口与所述氢处理单元的气相进口、所述氧处理单元的气相进口均连
所述氢处理单元的气相出口和所述氧处理单元的气相出口分别用于排出氢气和氧气。
8.根据权利要求1所述的电解水制氢系统，其特征是，所述高温固态氧化物电解制氢
单元包括第一连接层、阴极电极层、电解质层、阳极电极层、第二连接层、氢气储罐和氧气储
所述第一连接层、所述阴极电极层、所述电解质层、所述阳极电极层和所述第二连接层
所述第一连接层、所述阴极电极层、所述电解质层、所述阳极电极层和所述第二连接层
所述阴极电极层和所述阳极电极层均为多孔电极，所述减压单元的气相出口与所述阴
极电极层的进气口连通，所述阴极电极层的出气口与所述氢气储罐连通，所述氧气储罐与
9.一种电解水制氢工艺，其特征是，使用权利要求1至8任一项所述的电解水制氢系
将碱性水通过高温碱性水电解制氢单元通入减压单元，由所述减压单元对所述碱性水
通过所述减压单元减压得到的液态碱水引流至所述高温碱性水电解制氢单元进行电
通过所述减压单元减压得到的所述水蒸气引流至高温固体氧化物电解制氢单元进行
10.根据权利要求8所述的电解水制氢工艺，其特征是，通过所述减压单元减压得到
[0002]水电解制氢是一种较为方便的制取氢气的方法。在充满电解液的电解槽中通入直
[0003]现在市场上通用的碱性电解水制氢技术能源转换效率约60％到70％，主要是电解
水制氢系统温度需维持在88℃到98℃之间，产生的余热需用换热器进行换热，造成30％到
[0004]有鉴于此，本申请提出了一种电解水制氢系统及工艺，其提高了能源转换效率，避
[0007]将经过所述高温碱性水电解制氢单元后的碱性水经减压单元减压后得到水蒸气；
[0008]将得到的所述水蒸气送入所述高温固体氧化物电解制氢单元进行制氢。
[0009]在一种可能的实现方式中，经减压后得到的水蒸气经过精制处理后进入所述高温
[0010]在一种可能的实现方式中，所述精制处理为洗涤处理或者吸收处理。
[0012]在一种可能的实现方式中，对经过所述精制处理后的水蒸气进行升温，将升温后
[0013]在一种可能的实现方式中，经所述高温碱性水电解制氢单元后的碱性水的温度T
[0014]在一种可能的实现方式中，所述高温碱性水电解制氢单元包括电解槽、氢处理单
[0015]所述氢处理单元的液相进口适用于连通碱性水水源，所述氢处理单元的液相出口
[0016]所述氧处理单元的液相进口适用于连通所述碱性水水源，所述氧处理单元的液相
[0017]所述减压单元的液相出口与所述碱液循环单元的进口连通，所述碱液循环单元的
出口所述电解槽的进口连通，所述减压单元的气相出口与所述高温固态氧化物电解制氢单
[0018]所述电解槽的出口与所述氢处理单元的气相进口、所述氧处理单元的气相进口均
[0019]所述氢处理单元的气相出口和所述氧处理单元的气相出口分别用于排出氢气和
[0020]在一种可能的实现方式中，所述高温固态氧化物电解制氢单元包括第一连接层、
[0021]所述第一连接层、所述阴极电极层、所述电解质层、所述阳极电极层和所述第二连
[0022]所述第一连接层、所述阴极电极层、所述电解质层、所述阳极电极层和所述第二连
[0023]所述阴极电极层和所述阳极电极层均为多孔电极，所述减压单元的气相出口与所
述阴极电极层的进气口连通，所述阴极电极层的出气口与所述氢气储罐连通，所述氧气储
[0024]根据本申请的另一方面，提供了一种电解水制氢工艺，使用上述任一项所述的电
[0025]将碱性水通过高温碱性水电解制氢单元通入减压单元，由所述减压单元对所述碱
[0026]通过所述减压单元减压得到的液态碱水引流至所述高温碱性水电解制氢单元进
[0027]通过所述减压单元减压得到的所述水蒸气引流至高温固体氧化物电解制氢单元
[0028]在一种可能的实现方式中，通过所述减压单元减压得到的所述水蒸气引流至高温
[0030]将精制处理后的所述水蒸气引流至所述高温固体氧化电解制氢单元进行制氢。
[0031]本申请实施例电解水制氢系统通过高温碱性水电解制氢单元和高温固态氧化物
电解制氢单元形成了二次组合制氢的形式，首先碱性水会通过高温碱性水电解制氢单元进
行氢气的制备，系统内剩余的热量在减压单元进行减压，与减压单元内的碱性水进行换热，
碱性水被加热成水蒸气，水蒸气进入高温固体氧化物电解制氢单元中继续被电解，生成氢
气。本申请实施例电解水制氢系统在整个电解过程中热量损失小，能量转换效率几乎能够
达到100％，提高了能源转换效率，避免了热量损失造成的能量浪费降低了电解制氢成本。
[0032]根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本申请的其它特征及方面将变得
[0033]包含在说明书里面并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本申请的
[0035]以下将参考附图详细说明本申请的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同
的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除
[0036]其中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、
“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴
向”、“径向”、“周向”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
了便于描述本发明或简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件一定要有特定的方
[0037]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性
或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，
[0038]在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”
[0039]另外，为了更好的说明本申请，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。
本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本申请一样能实施。在一些实例中，对于
本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本申请的主旨。
[0040]图1示出本申请实施例的电解水制氢系统的主体结构图。如图1所示，该电解水制
氢系统包括：高温碱性水电解制氢单元100和高温固态氧化物电解制氢单元200，将经过上
述高温碱性水电解制氢单元100后的碱性水减压单元经减压后得到水蒸气，并将得到的水
[0041]本申请实施例电解水制氢系统通过高温碱性水电解制氢单元100和高温固态氧化
物电解制氢单元200形成了二次组合制氢的形式，首先碱性水会通过高温碱性水电解制氢
单元100进行氢气的制备，减压单元从高温碱性水电解制氢单元100流出的碱性水进行减
压，得到水蒸气，水蒸气进入高温固态氧化物电解制氢单元200中继续被电解，生成氢气。本
申请实施例电解水制氢系统在整个电解过程中热量损失小，能量转换效率几乎能够达到
100％，提高了能源转换效率，避免了热量损失造成的能量浪费降低了电解制氢成本。
[0042]在一种可能的实现方式中，经减压后得到的水蒸气经过精制处理后进入高温固定
[0043]更进一步的，在一种可能的实现方式中，精制处理可以为洗涤处理或者洗涤处理。
[0045]在一种可能的实现方式中，对经过精制处理后的水蒸气进行升温，将升温后的水
[0046]在一种可能的实现方式中，经高温碱性水电解制氢单元后的碱性水的温度T的取
[0047]在一种可能的实现方式中，高温碱性水电解制氢单元100包括电解槽130、氢处理
单元110、氧处理单元120和碱液循环单元140，其中，氢处理单元110的液相进口连通碱性水
水源，氢处理单元110的液相出口与减压单元300的液相进口连通，氧处理单元120的液相进
口连通碱性水水源，氧处理单元120的液相出口与减压单元300的液相进口连通。减压单元
300的液相出口与碱液循环单元140的进口连通，碱液循环单元140的出口与电解槽130的进
口连通，减压单元的气相出口与高温固态氧化物电解制氢单元200的进口连通。电解槽130
的出口与氢处理单元110的气相进口、氧处理单元120的气相进口均连通，氢处理单元110的
[0048]更进一步的，在一种可能的实现方式中，氢处理单元110包括氢洗涤器112和氢分
离器111，氧处理单元120包括氧洗涤器122和氧分离器121，氢分离器111的气相进口与电解
槽130的出口连通，作为氢处理单元110的气相进口，氢分离器111的气相出口与氢洗涤器
112的气相进口连通，氢洗涤器112的气相出口作为氢处理单元110的气相出口用于排出氢。
氧分离器121的气相进口与电解槽130的出口连通，作为氧处理单元120的气相进口，氧分离
器121的气相出口与氢氧洗涤器122的气相进口连通，氧洗涤器122的气相出口作为氧处理
单元120的气相出口用于排出氧。氢洗涤器112的液相进口适用于连通碱性水水源，作为氢
处理单元110的液相进口，氢洗涤器112的液相出口与氢分离器111的液相进口连通，氢分离
器111的液相出口与减压单元300的液相进口连通，作为氢处理单元110的液相进口。氧洗涤
器122的液相进口适用于连通碱性水水源，作为氧处理单元120的液相进口，氧洗涤器122的
液相出口与氧分离器121的液相进口连通，氧分离器121的液相出口与减压单元300的液相
[0049]此处，还应当指出的是，在一种可能的实现方式中，氢处理单元110还包括整流柜
[0050]在一种可能的实现方式中，还包括精制单元500，精制单元500的气相进口与减压
单元300的气相出口连通，精制单元500的气相出口与高温固态氧化物电解制氢单元200的
[0051]在一种可能的实现方式中，还包括加热器600，减压单元300可以为减压器，减压器
的气相出口与精制单元500的气相进口连通，精制单元的气相出口与加热器600的进口连
通，加热器600的出口与所述高温固态氧化物电解制氢单元200的进口连通。由此，碱性水在
电解槽130被电解后产生的带有热量的氢气和氧气分别会被氢洗涤器112、氧洗涤器122通
入的碱性水带走热量，并进入减压器中进行减压，得到液体水和水蒸气，并通过加热器600
[0052]此处，应当指出的是，在一种可能的实现方式中，还包括碱液循环单元140可以为
循环泵，循环泵的进口与减压器的液相出口连通，循环泵的出口与电解槽130的进口连通。
[0053]更进一步的，在一种可能的实现方式中，高温固态氧化物电解制氢单元200包括第
一连接层210、阴极电解层、电解质层230、阳极电极层240、第二连接层250、氢气储罐270和
氧气储罐260，第一连接层210、阴极电解层220、电解质层230、阳极电极层240和第二连接层
250依次层设，且第一连接层210、阴极电解层220、电解质层230、阳极电极层240、第二连接
层250依次固定。阴极电解层220和阳极电极层240均为多孔电极，减压单元300的气相出口
与阴极电解层220的进口连通，阴极电解层220的出气口与氢气储罐270连通，氧气储罐260
[0054]此处，应当指出的是，在于阴极电解层220产生氢气，在阳极电极层240产生氧气，
[0055]此处，还应当指出的是，在一种可能的实现方式中，高温固态氧化物电解制氢单元
200可设为有两个以上，两个以上的高温固态氧化物电解制氢单元200可以串联设置，且
两个以上的高温固态氧化物电解制氢单元200的进口均与加热器600的出口连通设置。
[0056]此处，还应当指出的是，在一种可能的实现方式中，当高温固态氧化物电解制氢单
元200设置有两个以上时，相邻的高温固态氧化物电解制氢单元200的第一连接层210和第
二连接层250连接。由此，通过第一连接层210和第二连接层250进行导电，且将阴极侧被电
[0057]此处，还应当指出的是，在一种可能的实现方式中，电解质层230的材质为：ZrO2
[0058]此处，还应当指出的是，在一种可能的实现方式中，阴极电解层220的材质为贵金
属或者过渡贵金属。更进一步的，在一种可能的实现方式中，阴极电解层220的材质为：Ni、
[0059]此处，还应当指出的是，在一种可能的实现方式中，阳极电极层240的材质为：贵金
属、电子电导或者混合电导氧化物中的任一种。更进一步的，在一种可能的实现方式中，阳
[0060]此处，还应当指出的是，在一种可能的实现方式中，第一连接层210和第二连接层
[0061]此次，还应当指出的是，电解槽130的阴极产生氢气，阳极产生氧气。电解槽130内
[0062]此处，还应当指出的是，在一种可能的实现方式中，氢洗涤器112的气相出口处设
[0063]本申请实施例电解水制氢系统在进行氢气的制备的时候的碱性水分两路进入减
压单元300中，一路沿氢洗涤器112、氢分离器111进入减压单元300，另一路沿氧洗涤器122、
氧分离器121进行减压单元300。进入减压单元300后的碱性水会留至电解槽130中进行电
解，电解槽130阴极生成的氢气经过氢分离器111和氢洗涤器112从氢洗涤器112的气相出口
排出，电解槽130阳极生成的氧气经过氧分离器121和氧洗涤器122从氧洗涤器122的气相出
口排出。通入氢洗涤器112、氢分离器111的碱性水会对电解槽130电解的氢气进行换热，带
走氢气的热量，通过氧洗涤器122、氧分离器121的碱性水会对电解槽130电解的氧气进行换
热，带走氧气的热量。带有氢气的热量和氧气的热量的碱性水会留至减压器中碱性水进行
减压，减压后的液体进入电解槽130中进行电解，产生的蒸汽进入精制单元500精制处理后
进入加热器器500加热并排至高温固态氧化物电解制氢单元200中进行电解。由此，本申请
实施例电解水制氢系统利用了电解槽130电解碱性水产生的余热，对新注入的碱性水水升
温，碱性水升温后汽化，汽化后的碱性水蒸汽进入高温固态氧化物电解制氢单元200中制
氢，在整个电解过程中热量损失小，能量转换效率几乎能达到100％，节省了能源，避免了
[0064]基于上述任一项的电解水制氢系统，本申请还提供了一种电解水制氢工艺，本申
请实施例电解水制氢工艺使用上述任一项的电解水制氢系统制备氢气，其制氢流程如下：
[0065]将碱性水通过高温碱性水电解制氢单元100通入高温固态氧化物电解制氢单元
[0066]通过减压单元300减压得到的液体水再次引流至高温碱性水电解制氢单元100进
[0067]通过减压单元300减压得到的水蒸气引流至高温固体氧化物电解制氢单元进行制
[0068]本申请实施例电解水制氢工艺将高温碱性水电解制氢单元100产生的热量加以充
分的利用，将余热进行热交换，并将汽化的碱性水的水蒸气排至高温固态氧化物电解制氢
[0069]更进一步的，在一种可能的实现方式中，通过减压单元300减压得到的液态碱水再
[0070]将通过减压单元300减压得到的液体水排至电解槽130中进行电解，以得到氢气和
[0071]由高温碱性水电解制氢单元100中的氢处理单元110对电解得到的氢气进行预处
[0072]由高温碱性水电解制氢单元100中的氧处理单元120对电解得到的氧气进行预处
[0073]其中，在由氢处理单元110对电解得到的氢气进行预处理，以及由氧处理单元120
对电解得到的氧气进行预处理过程中，还包括分别通过流经氢处理单元110和氧处理单元
120的碱性水对氢气和氧气进行热交换的过程，与氢气和氧气进行热交换后再流至减压单
[0074]此处，应当指出的是，在一种可能的实现方式中，在电解槽130电解碱性水时，电解
槽130内预先置入催化剂，催化剂为氢氧化钠电解液或者氢氧化钾电解液，其浓度的取值范
[0075]更进一步的，在一种可能的实现方式中，催化剂浓度的取值范围为：26％—30％。
[0076]此处，还应当指出的是，在一种可能的实现方式中，在进行电解制氢时，电解槽内
的压力维持在0.2MPA到1.6MPA之间，且电解槽上通入的电压的取值范围在：420V‑440V之
[0077]具体的，当电解槽130通电对通入的碱性水电解之后，根据电解槽130内的升温压
力和电流，控制升温和升压的速度，当电解槽的温度小于30℃时，电解槽130内的压力控制
在0.3Mpa，电解槽130内的温度在30℃—50℃时，电解槽130内的压力控制在0.8Mpa，电解槽
130内的温度在50℃—60℃时，电解槽130内的压力控制在1.2Mpa，电解槽130内的温度大于
[0078]此处，还应当指出的是，在一种可能的实现方式中，在减压单元300蒸得到的液态
碱水排至电解槽130中时，可以在第一预设温度下与电解槽130的电解液进行氧化还原反
[0079]此处，应当指出的是，在一种可能的实现方式中，第一预设温度的取值范围为：100
[0080]更进一步的，此处，应当指出的是，在一种可能的实现方式中，第一预设温度的取
[0081]此处，还应当指出的是，在一种可能的实现方式中，对预处理后的氢气进行提纯处
理前还包括：对预处理后的氢气进行检测验证，检验合格后的氢气进行提纯处理，不合格的氢气
排空。对预处理后的氧气进行提纯处理前还包括：对预处理就的氧气进行检测验证，检验合格后
[0082]更进一步的，在一种可能的实现方式中，由高温碱性水电解制氢单元100中的氢处
[0083]由氢处理单元110中的氢分离器111对电解得到的氢气进行气液分离，经过气液分
[0085]由氧处理单元120中的氧分离器121对电解得到的氧气进行气液分离，经过气液分
[0086]此处，应当指出的是，在一种可能的实现方式中，氢分离器111的液位和氧分离器
[0087]在一种可能的实现方式中，通过减压单元减压得到的水蒸气引流至高温固体氧化
物电解制氢单元进行制氢，步骤包括：对通过减压单元300减压得到的水蒸气进行精制处
[0088]更进一步的，在一种可能的实现方式中，对通过减压单元300减压得到的水蒸气进
行精制处理后，还包括：通过加热器600对水蒸气加热，将加热后的水蒸气引流至高温
[0089]此处，还应当指出的是，在另一种可能的实现方式中，减压单元300对碱性水进行
减压能够最终靠向减压器内部通入另一路常温状态下的碱性水来实现，且其过程可以为：经
氢处理单元110和氧处理单元120回流至减压器的碱性水和另一路常温状态下的碱性水的
换热的过程，并将减压器处的温度维持在88℃—98℃之间。由此，本申请实施例将传统的利
用冷却水对减压器进行降温，更换为利用向减压器注入另一路的常温状态下的碱性水来达
[0090]更进一步的，在一种可能的实现方式中，通过减压单元300减压得到的水蒸气引流
[0091]水蒸气在高温固态氧化物电解制氢单元200中的阴极电极层220中生产氢气，并由
氢气储罐270进行收集，在高温固态氧化物电解制氢单元300中的阳极电极层240生成氧气，
[0092]此处，应当指出的是，在一种可能的实现方式中，高温固态氧化物电解制氢单元
[0093]在一种可能的实现方式中，第二预设温度的取值范围为：600℃—1000℃。更进一
步的，在一种可能的实现方式中，第二预设温度的取值范围为：600℃—800℃。
[0094]以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也
不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技
术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨
在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的
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