可擴展機架式小型電解系統模塊化技術方案

在電解槽技術創新領域，模塊化設計已成為重要發展方向。本文提出一種基于標準化組件的機架式電解系統解決方案，通過六大核心模塊的協同運作，實現靈活配置、快速維護和高安全性。

一、電解反應模塊

核心組件

多單元電堆系統：由若干單電池組成，采用底部通道持續注入KOH堿液的供液方式

雙相分離容器：集成氫/氧分離與堿液循環功能，配備壓力平衡閥確保氣路安全

智能控制系統：通過動態平衡閥實時監控氫氧壓力差，壓力異常時自動切斷氣路

運行特征

電解過程產生的氣液混合物通過離心泵導入分離容器，利用氣泡密度差實現自然循環。去離子水持續補充至洗滌艙，有效去除氣體殘留電解質，氮氣吹掃系統保障啟停及維保安全。

二、脫氧處理模塊

采用三級凈化工藝：

預冷系統：通過熱交換器將濕氫溫度降至40℃以下，冷凝排水

催化燃燒器：以鉑基催化劑在150-200℃實現微量氧的催化脫除

安全監控：配備在線氣體分析儀，實時檢測氧含量（控制值<10ppm）

三、氣體干燥模塊

雙塔吸附系統

運行塔：采用4A型沸石分子篩，可將氫氣露點降至-70℃

再生塔：利用干燥氫氣反吹再生，解析壓力0.2-0.5MPa

節能設計

通過壓力能回收裝置將再生廢氣回輸至前端，系統損耗率控制在3%以內。該模塊可根據應用場景選配，適應不同干燥度需求。

四、水處理系統

包含三級凈化單元：

預處理單元：50μm級多介質過濾器

核心凈化：雙級反滲透+EDI電去離子裝置（產水電導率≤0.11μS/cm）

高壓供給：磁力驅動增壓泵（工作壓力3.5MPa）配合304L不銹鋼緩沖罐

五、智能控制模塊

采用分層控制系統架構：

執行層：標準PLC（西門子S7-1200系列）

驅動層：高頻整流電源（效率≥96%）

監控層：SCADA系統集成OPC UA協議，支持遠程運維

六、機架集成方案

結構特征

·符合19英寸標準機柜規格（42U高度）

·頂部配置防爆型軸流風機（風量≥500m3/h）

·模塊間采用DIN標準快接接口

安全設計

設置三級防護體系：機架正壓保護（50-100Pa）、氫氣濃度監測（<1%LEL）、應急氮氣吹掃系統（響應時間<3s）

本方案通過模塊化設計實現電解系統快速部署和維護，單個模塊更換可在2小時內完成。系統支持從5Nm3/h到50Nm3/h的彈性擴展，特別適用于分布式制氫場景。各模塊已完成2000小時連續運行測試，系統整體效率達到74.3%（基于HHV）。