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电解液循环

耐碱泵、储罐、管路与流量测量

将 KOH 电解液送经电堆再回到储罐的回路。同一款泵内部可以采用不同的橡胶和金属。我们做的不是卖泵,而是指定能耐受热 KOH 的配置并按此订购。

供货方式
获得您的运行工况后,我们会找到合适的制造商和型号。
交货期
询价确认;按指定的接液材料和密封件订购,因此比现货配置交货期更长
申请此项报价
运行工况
0.1 M KOH40 – 60 °C · 仅阳极侧
标准流量
4 L/minHXS-2 · 允许 1 – 10 L/min
了解

这个部件的作用及决定因素

为什么重要

我们的电堆仅在阳极侧循环 KOH 电解液,阴极只排出氢气。决定循环流量的是热量和压差,而不是耗水量。电解液把热量带出电堆,流量太小温度就会上升;流量太大则电堆压降增大,阳极侧与阴极侧的压差拉大,KOH 会穿过膜进入阴极。因此标准为 4 L/min。泵的输送量与压头是此消彼长的关系:出口越受限,压力越高、流量越低。所以样本上的最大流量是毫无阻力时的数值,最大扬程则是出口关闭、流量为零时的数值——两者在实际运行中都不会出现。因此我们按泵在 4 L/min 下实际能提供的压力选型,而不是按样本数值。这个数值要等管路设计确定后才能定下来,所以请告诉我们您的工况,由我们来计算。同一产品名称也可能以不耐热 KOH 的材料出货,因此我们会把运行工况发给制造商,确认接液材料和密封件,再按该配置订购。表中的接液材料一栏记录的就是这一确认结果。

  1. 电解液储罐液位测量
  2. 过滤器
  3. 循环泵低于液面
  4. 换热器
  5. 入口温度与流量
  6. 电堆
  7. 出口温度与阳极压力

返回电解液储罐

背景

泵型之间的区别

泵型取决于所需流量、精度要求以及如何防止泄漏。离心泵靠旋转叶轮推动液体:流量大、成本低,但流量越大压力下降越多。容积式泵(齿轮泵、隔膜泵)每转输送相同的体积,因此流量随转速变化,且不易受压力影响。2 kW 级循环默认采用离心泵;测试电池的极小流量、需要精确保持流量的运行,以及需要精确小剂量的补水,则采用容积式泵。下表两行均为容积式泵。标准 4 L/min 循环所用的离心泵,其接液材料和密封件由订货代码决定,因此我们根据您的工况指定配置并报价。

微型齿轮泵
输送齿间的容积。适合必须随转速精确变化的小流量
无刷离心泵
靠旋转叶轮推动液体。流量大、成本低。2 kW 电堆循环的标准配置
立式多级离心泵
多级叶轮叠加提升压力。适合流量和压力都有要求的 30 kW 级
磁力驱动齿轮泵
无轴穿过泵壳,因此密封处不会泄漏。适合补水等精确小剂量场合

扬程的真正含义

制造商样本通常以扬程表示压力。扬程是把压力换算成泵能提升的水柱高度,对于水而言约 10 m 相当于 1 bar。我们在为离心泵报价时会做此换算,使压力统一以 bar 表示。离心泵的最大扬程是流量为零时的数值,因此实际工作点要在管路设计确定后从流量–扬程曲线上读取。表中的齿轮泵不会像这样随流量损失压力,其数值表示的是输送极限。

流量如何调节

循环流量需要在运行中微调,并在启动时平缓提升,因此调速是必要条件而不是选配。采用哪种调速方式也决定了控制柜的接线,所以要在下单前确定。

前面板
在泵自带的显示屏或旋钮上设定转速。无需外部信号接线
0–5 V
由控制器输出的模拟电压设定转速。最常见的 PLC 接口
PWM
由脉冲宽度设定转速。信号线抗电气噪声能力强
电位器
通过手动旋转电阻固定转速。适合没有控制器的现场
RS485 (MODBUS)
两线制串行通信,上层协议为 MODBUS。与只能发送设定值的模拟电压不同,它还能回读实际转速和报警
变频器
改变三相电机的供电频率。立式多级泵需另配变频器

热 KOH 区分出什么

热 KOH 会迅速劣化常见材料。麻烦在于到货的材料取决于订货代码而不是型号。泵体材料以及密封件或隔膜材料由订货代码决定,而密封件是 EPDM 还是 FKM,甚至会改变允许的液体温度。默认配置并不一定适合碱性工况。另一些型号则根本不公开材料选项。对于这类型号我们不去猜测选项:先确认标准材料是什么,再询问制造商在我们的运行工况下能否耐受,并依据答复订购。驱动器的位置同样决定温度上限。无刷泵的控制器有内置于泵体和分体安装两种,制造商资料说明内置型适合低温介质和环境,分体型适合高温。因此对于热 KOH 我们订购分体型。同一型号在这里也会分化。温度也在同一处划分。液体温度一栏是电解液接触部件的上限,但有些制造商只公布环境温度。我们不作推测,将其标为未公布:Lead Fluid CT3000F 只标明环境温度 0 至 40 °C。我们的工况是 40 至 60 °C,因此下单前会向制造商确认其液体温度。

通常耐受
含氟聚合物(PTFE、FEP)、PEEK、PPS、EPDM、陶瓷、316L 不锈钢
不耐受
丁腈橡胶和 ABS,而这往往正是标准配置的材料
视工况而定
聚酰胺(PA66)等,温度和浓度会改变结论。我们会根据运行工况向制造商确认
制造商未说明之处
表中齿轮泵只公布接液齿轮材料为 PEEK,对轴和密封件未作说明。对于未公布的选项我们不作推测;而是把运行工况发给制造商,得到答复后再下单

泵价之外的部分

首次搭建回路时有三样东西容易遗漏。泵必须安装在液面以下,以便启动时自吸灌泵。储罐需要液位测量,才能看到电解液在减少。没有干运转保护,电解液耗尽后泵仍会继续运转。这三样都不含在泵价中,但缺了它们回路就无法成立。

选型

可选方案及我们经销的型号

可以选择什么

从这里起步,我们再根据您的工况调整。未列出的产品通常也能采购。

单电池与短堆HXS-0 评估装置

微型齿轮泵与电解液储罐、流量测量组成一套。离心泵无法保持这么小的流量,因此这里的循环也采用齿轮泵。即下方循环组中的 HXS-0 一行。

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2 kW 电堆HXS-2 标准配置

阳极侧采用 4 L/min 的无刷离心泵,并配有温度控制和液位测量。表中只列出能精确保持低流量的齿轮泵;4 L/min 循环所用的离心泵则根据您的工况指定并报价。

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30 kW 电堆HXS-30

三相供电的立式多级离心泵,配有专用变频器。控制接口更多,因此我们一起确定技术规格。请告知您的工况,我们按所需配置报价。

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我们可采购的型号

以下每个型号都是我们判断在 0.1 M KOH、40–60 °C 运行工况下可用的。请告知您的工况,我们从中选型并报价。两行均为 Lead Fluid 的分配型齿轮泵:同一款 CT3000F 驱动器搭配不同泵头。

HXS-0 — 单电池与短堆

型号类型最大流量压力电源调速方式液体温度接液材料产地申请报价
微型齿轮泵0.015 – 0.9 L/min14 bar输送极限AC 100–240 V0–5 V,RS485 (MODBUS)也可前面板设定未公布PEEK中国获取报价

HXS-2 — 2 kW 电堆

型号类型最大流量压力电源调速方式液体温度接液材料产地申请报价
微型齿轮泵0.045 – 2.7 L/min8 bar输送极限AC 100–240 V0–5 V,RS485 (MODBUS)也可前面板设定未公布PEEK中国获取报价

如何阅读本表

材料规格
我们在订单中指定接液材料和密封件。密封件和垫片材料由订货代码而非型号决定,默认配置并不一定适合碱性工况。请告知浓度、温度和流量,我们会向制造商确认这些条件
液体温度数值
液体温度一栏是电解液接触部件的上限。仅公布环境温度的,我们标为未公布,并在下单前确认
循环泵选型
表中只列出能精确保持低流量的齿轮泵。标准 4 L/min 循环所用的离心泵,其接液材料和密封件由订货代码决定,因此我们根据您的工况指定配置并报价
参数依据
数值来自制造商公开资料。下单前我们会再次核对当前技术参数
安装
泵安装在液面以下,并配套储罐液位测量和干运转保护。管路和电气安装另行商定
订购

报价前需要确定的事项

常见问题

仅收录实际询价中多次出现的问题。

哪种泵合适

你们用哪种泵:齿轮泵、无刷泵还是隔膜泵?

电解液循环默认采用无刷离心泵,补水则采用磁力驱动齿轮泵。循环需要流量,补水需要小而精确的供给,因此分工不同。即使是循环,若要在低于 4 L/min 标准的流量下精确保持流量,也需要齿轮泵,表中列出的正是这两款齿轮泵。4 L/min 所用的离心泵则根据您的工况指定并报价。我们没有列出隔膜泵:我们用过的那款流量约为每分钟 800 mL,达不到 4 L/min 的循环标准。如果您希望循环采用隔膜泵,我们可以采购流量达标的产品,但我们未在自有系统中应用过,也没有相关运行数据。无论哪种泵型,接液部件都接触 KOH,因此材料相容性是首要条件,不耐碱的通用泵不能使用。

运行中需要不断补充 KOH 吗?

不需要。电解消耗的是水,KOH 留在回路中。所以补水泵补充的是水而不是电解液。KOH 根据状态和性能趋势更换,而不是按消耗量补充。

该买什么

我们自己直接买不行吗?

同一型号有不同材料。隔膜或垫片材料以及泵体材料由订货代码而非型号决定,默认规格并不一定适合碱性工况。表中型号虽不公开材料选项,但这并不能省去确认:我们会询问制造商标准材料在我们的运行工况下能否耐受,并依据答复订购。请告知您的工况,我们按所需规格下单。

除了泵还需要什么?

带液位测量的电解液储罐、过滤器、带温度测量的换热器以及流量计组成一套。管路连接顺序见上方流程图。在 HXS-0 规模下,这一套由我们为您配齐。

如何运行

泵干运转会怎样?

如果电解液液位下降或空气导致吸入中断,泵会损坏。表中齿轮泵的制造商资料中未提及干运转保护,因此需要外部保护。有些离心泵内置该功能,我们在报价阶段确认。无论哪种情况,我们都建议与储罐液位测量配合使用。

流量能远高于标准值吗?

标准为 4 L/min,允许范围为 1 至 10 L/min。超出此范围我们未自行运行验证,因此不对性能或寿命数值作承诺。流量越大,电堆压差越高,阳极与阴极压力之差拉大,会驱使 KOH 穿过膜进入阴极,使气体处理和下游纯化变得复杂。瓶颈在于内部流场和歧管截面,而不是外部管路。如果工艺需要大流量,我们建议在共用电解液储罐的基础上,将 4 L/min 的电堆回路与工艺回路分开。

把清单发给我们

只填您已知的内容,其余我们来询问。

  • 电堆与单电池数例:HXS-2,23 片单电池
  • 流量与运行压力例:阳极侧 4 L/min
  • 电解液与温度例:0.1 M KOH,50 °C
  • 控制信号与系统集成例:0–5 V,接入上位监控系统
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