可扩展机架式小型电解系统模块化技术方案

在电解槽技术创新领域，模块化设计已成为重要发展方向。本文提出一种基于标准化组件的机架式电解系统解决方案，通过六大核心模块的协同运作，实现灵活配置、快速维护和高安全性。

一、电解反应模块

核心组件

多单元电堆系统：由若干单电池组成，采用底部通道持续注入KOH碱液的供液方式

双相分离容器：集成氢/氧分离与碱液循环功能，配备压力平衡阀确保气路安全

智能控制系统：通过动态平衡阀实时监控氢氧压力差，压力异常时自动切断气路

运行特征

电解过程产生的气液混合物通过离心泵导入分离容器，利用气泡密度差实现自然循环。去离子水持续补充至洗涤舱，有效去除气体残留电解质，氮气吹扫系统保障启停及维保安全。

二、脱氧处理模块

采用三级净化工艺：

预冷系统：通过热交换器将湿氢温度降至40℃以下，冷凝排水

催化燃烧器：以铂基催化剂在150-200℃实现微量氧的催化脱除

安全监控：配备在线气体分析仪，实时检测氧含量（控制值<10ppm）

三、气体干燥模块

双塔吸附系统

运行塔：采用4A型沸石分子筛，可将氢气露点降至-70℃

再生塔：利用干燥氢气反吹再生，解析压力0.2-0.5MPa

节能设计

通过压力能回收装置将再生废气回输至前端，系统损耗率控制在3%以内。该模块可根据应用场景选配，适应不同干燥度需求。

四、水处理系统

包含三级净化单元：

预处理单元：50μm级多介质过滤器

核心净化：双级反渗透+EDI电去离子装置（产水电导率≤0.11μS/cm）

高压供给：磁力驱动增压泵（工作压力3.5MPa）配合304L不锈钢缓冲罐

五、智能控制模块

采用分层控制系统架构：

执行层：标准PLC（西门子S7-1200系列）

驱动层：高频整流电源（效率≥96%）

监控层：SCADA系统集成OPC UA协议，支持远程运维

六、机架集成方案

结构特征

·符合19英寸标准机柜规格（42U高度）

·顶部配置防爆型轴流风机（风量≥500m³/h）

·模块间采用DIN标准快接接口

安全设计

设置三级防护体系：机架正压保护（50-100Pa）、氢气浓度监测（<1%LEL）、应急氮气吹扫系统（响应时间<3s）

本方案通过模块化设计实现电解系统快速部署和维护，单个模块更换可在2小时内完成。系统支持从5Nm³/h到50Nm³/h的弹性扩展，特别适用于分布式制氢场景。各模块已完成2000小时连续运行测试，系统整体效率达到74.3%（基于HHV）。