本發(fā)明涉及水電解制氫，具體涉及一種新型堿性電解槽外部過濾裝置及方法。
背景技術：
1、堿性電解槽作為制氫領域的核心設備，其安全穩(wěn)定運行直接影響制氫效率與系統(tǒng)安全性?，F(xiàn)有堿性電解槽的外部防護體系普遍存在顯著技術缺陷：在電解槽運行過程中，導電性金屬雜質(zhì)（如鐵屑、鋁粉等）易因風沙環(huán)境侵襲、廠房部件老化脫落或維修操作不慎掉落至電解槽表面，導致極板間形成異常導電通路。這種短路現(xiàn)象的形成機理在于：電解槽各小室雖通過墊片絕緣，但外部雜質(zhì)的首尾兩端若同時接觸不同極板，便會繞過正常電解路徑形成短路回路。
2、以額定電流7000-8000a、工作電壓400-600v的1000方堿性電解槽為例，短路時電流未參與電解反應而直接流失，不僅導致制氫效率降低15%-20%，更會因電流熱效應產(chǎn)生超過300℃的高溫電弧。該高溫可迅速熔化電解槽金屬部件，引發(fā)熔融金屬飛濺，同時使氫氧混合氣體純度降至爆炸極限（4%-75%），遇明火即有爆炸風險。實驗數(shù)據(jù)表明，當電壓超過0.5v或電流超過200a時，短路導致的部件燒損現(xiàn)象即會發(fā)生，而現(xiàn)有電解槽的工作參數(shù)已遠高于該臨界值。
3、現(xiàn)有防護措施通常僅采用頂棚遮擋或簡易金屬網(wǎng)罩，此類方案存在根本性弊端：一方面，傳統(tǒng)頂棚無法阻擋粒徑小于5mm的粉塵及金屬微粒，200目以下的粉塵（粒徑≤75μm）穿透率高達68%；另一方面，簡易網(wǎng)罩缺乏動態(tài)清理機制，網(wǎng)孔易被雜質(zhì)堵塞，需人工每24小時清理一次，不僅維護成本高昂，且清理過程中電解槽需停機，導致生產(chǎn)效率進一步下降。此外，廠房內(nèi)環(huán)境并非絕對潔凈，老化脫落的金屬銹蝕物、維修工具碎屑等仍可突破傳統(tǒng)防護屏障，造成短路隱患。
4、綜上，現(xiàn)有技術因防護結(jié)構(gòu)簡陋、清理機制缺失，導致電解槽面臨雜質(zhì)堵塞與短路風險，嚴重制約制氫系統(tǒng)的安全性與經(jīng)濟性。本次發(fā)明旨在針對上述技術痛點，提供一種具備高效過濾與智能清理功能的外部防護裝置，從根本上解決現(xiàn)有技術中雜質(zhì)侵入與短路隱患的問題。
技術實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術中存在的缺陷，提供一種新型堿性電解槽外部過濾裝置及方法。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：
3、一種新型堿性電解槽外部過濾裝置，包括與電解槽形狀、體積相適配的網(wǎng)罩結(jié)構(gòu)，所述網(wǎng)罩結(jié)構(gòu)包括支撐框架結(jié)構(gòu)、過濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)，支撐框架結(jié)構(gòu)設置在電解槽空間外圍，過濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)敷設于支撐框架結(jié)構(gòu)上，在電解槽外部形成空間過濾結(jié)構(gòu)；
4、還包括智能動態(tài)清理系統(tǒng)，其包括清理動作組件和聯(lián)動防護模塊，所述清理動作組件對網(wǎng)罩結(jié)構(gòu)清潔，所述聯(lián)動防護模塊包括檢測過濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)堵塞狀態(tài)的傳感器組件，以及基于傳感器組件檢測結(jié)果控制清理動作組件協(xié)同工作的控制器。
5、進一步的，所述過濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)包括支撐網(wǎng)層、過濾網(wǎng)層，所述支撐網(wǎng)層、過濾網(wǎng)層為層疊布置，支撐網(wǎng)層固對濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)的形狀固定，過濾網(wǎng)層進行外部過濾；所述支撐網(wǎng)層為模擬蜂巢的六邊形結(jié)構(gòu)，在支撐框架的外側(cè)至少覆蓋一層支撐網(wǎng)層，并且在所述支撐網(wǎng)層上覆蓋設置過濾網(wǎng)層。
6、進一步的，所述過濾網(wǎng)層的網(wǎng)孔目數(shù)為8-12目。
7、進一步的，所述支撐框架結(jié)構(gòu)包括桁架支撐柱、桁架梁，所述桁架支撐柱的頂部架設桁架梁，所述桁架支撐柱與電解槽之間的間距不小于1m，桁架梁架在電解槽上方支撐的凈空高度不小于1m。
8、進一步的，所述清理動作組件包括對過濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)施加超聲振動的超聲振動模塊，超聲振動去除網(wǎng)孔堵塞雜質(zhì)；所述超聲振動模塊設置在支撐網(wǎng)層、過濾網(wǎng)層之間，在過濾網(wǎng)層貼合設置壓電薄膜，通過印刷電路方式形成矩陣式振動單元。
9、進一步的，所述清理動作組件包括磁致伸縮式振動系統(tǒng)，在支撐框架結(jié)構(gòu)與過濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)之間設置有若干磁致伸縮單元；所述磁致伸縮單元包括磁致伸縮棒、高頻激勵線圈組件，在支撐框架結(jié)構(gòu)上設有安裝磁致伸縮單元的安裝槽，安裝槽內(nèi)固定有圓筒狀高頻激勵線圈組件，高頻激勵線圈組件內(nèi)部設置磁致伸縮棒。
10、進一步的，所述清理動作組件包括脈沖氣流反沖系統(tǒng)，其包括噴嘴陣列、雙氣源動力組件；所述雙氣源動力組件包括提供瞬間高壓的高壓氣罐組以及提供長時間吹掃的螺桿空壓機；所述噴嘴陣列包括噴嘴架體，所述噴嘴架體的形狀與支撐框架結(jié)構(gòu)的截面形狀相配合，噴嘴架體朝向過濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)一側(cè)均勻間隔排列設置若干噴嘴結(jié)構(gòu)，噴嘴結(jié)構(gòu)通過電磁換向閥連接至并聯(lián)設置的高壓氣罐組和螺桿空壓機。
11、進一步的，所述清理動作組件包括平移驅(qū)動機構(gòu)，平移驅(qū)動結(jié)構(gòu)驅(qū)動噴嘴架體沿支撐框架結(jié)構(gòu)軸向平移。
12、一種新型堿性電解槽外部過濾裝置的控制方法，包括前述的堿性電解槽外部過濾裝置，所述控制器被配置為根據(jù)網(wǎng)孔堵塞率數(shù)據(jù)觸發(fā)超聲振動清理，并在堵塞率超過閾值時聯(lián)動啟動脈沖氣流反沖，形成智能閉環(huán)清理機制；所述傳感器組件包括壓差傳感器、流量傳感器、應變傳感器、圖像傳感器，所述網(wǎng)罩結(jié)構(gòu)內(nèi)劃分為三層監(jiān)測平面包括頂部監(jiān)測層、中部監(jiān)測層、底部監(jiān)測層；所述壓差傳感器、流量傳感器在三層監(jiān)測平面的每個區(qū)域分別設有多個數(shù)據(jù)采集點形成分布監(jiān)測網(wǎng)絡；所述應變傳感器安裝在支撐框架結(jié)構(gòu)上；
13、進一步的，包括以下分級控制方法：
14、一、一級預警，連續(xù)監(jiān)測采樣堵塞率d＜20%，壓電薄膜微振動，振動頻率20khz，振幅30μm，間歇工作：振動10s，暫停20s；并激活磁致伸縮，10khz低頻預熱，功率30%；為后續(xù)清理做準備；
15、二、二級清理，堵塞率20%≤d≤50%，觸發(fā)條件為堵塞率突破20%且持續(xù)5分鐘或任意傳感器檢測值超過閾值1.5倍；控制動作如下：磁致伸縮控制頻率為50khz，振幅80μm；脈沖氣流壓力0.6mpa，脈沖寬度50ms；平移機構(gòu)移動速度30mm/s，往返1次；
16、三、三級強化，堵塞率d＞50%且持續(xù)10分鐘或壓差傳感器讀數(shù)＞60pa；控制如下動作：振動系統(tǒng)：壓電薄膜與磁致伸縮協(xié)同工作，頻率100khz，振幅120μm；氣流系統(tǒng)：雙氣源聯(lián)動：高壓氣罐（1.2mpa）與空壓機交替工作，脈沖頻率提高至2hz，持續(xù)時間10s；平移機構(gòu)速度提升至50mm/s往返次數(shù)增加至3次。
17、本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果在于：
18、1、本過濾裝置通過與電解槽形狀、體積相適配的網(wǎng)罩結(jié)構(gòu)，利用桁架支撐柱與桁架梁形成穩(wěn)定的空間框架，其間距和凈空高度設計既保障了電解槽外圍的操作空間，又通過蜂巢六邊形支撐網(wǎng)層與過濾網(wǎng)層的層疊結(jié)構(gòu)，在確保過濾強度的同時，實現(xiàn)對電解液雜質(zhì)的精準攔截，兼顧結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與過濾效率。
19、2、依托傳感器組件與控制器構(gòu)成的聯(lián)動防護模塊，可實時監(jiān)測過濾網(wǎng)堵塞狀態(tài)并自動觸發(fā)清理動作，實現(xiàn)智能動態(tài)清理系統(tǒng)的自動化與高效清潔，超聲振動模塊與磁致伸縮振動系統(tǒng)通過高頻振動高效破除網(wǎng)孔堵塞雜質(zhì)，脈沖氣流反沖系統(tǒng)結(jié)合雙氣源動力與平移驅(qū)動機構(gòu)，可實現(xiàn)高壓瞬間沖擊與持續(xù)吹掃的復合清理，確保過濾網(wǎng)長期保持通透。
20、3、本裝置通過模塊化設計實現(xiàn)過濾與清理的一體化智能運行，不僅減少人工維護成本，還通過桁架結(jié)構(gòu)的空間布局，提升了整體系統(tǒng)的安全性與耐久性，為堿性電解槽的穩(wěn)定運行提供長效保障，同時多樣化的清理技術組合可適應不同工況下的雜質(zhì)清除需求。