HXS-2 是电堆。电源、电解液循环、气体处理、仪表和联锁需要由您围绕它搭建。本文件提供这些设计所需的数值和结构。
何时阅读哪份文件
| 技术参数表 | 规格和实测性能曲线。在评估采购时 |
|---|---|
| 本指南 | BoP 选型依据、仪表和联锁设计。在设计阶段 |
| 用户手册 | 端口连接、调试、维护、故障排除。交付后。即用于印刷的 HXS-2 手册（ver3.7，47 页） |
| 组装指南 | 开箱、拆卸和重新组装的螺栓紧固步骤。8 页 |
| 质保与服务政策 | 质保范围和除外条款、MEA 更换标准、处理流程 |
设计输入
| 项目 | 推荐值 | 限值 |
|---|---|---|
| 运行电流 | 50 A | 最大 80 A |
| 电堆电压 | 约 38 V（BOL，技术参数表 37.8 V）· 运行中通常约 40 V | 最大 50.6 V · 2.2 V/单电池 × 23 节 |
| 电解液 | 0.1 M KOH（去离子水配制） | KOH 纯度 95% 或以上 · 无固定更换周期 |
| 电解液温度 | 50 °C | 室温至 80 °C |
| 循环流量 | 4 L/min | 1 至 10 L/min |
| 氢气侧压力 | 0 barg | 最大 10 barg |
| 补给水 | ASTM D1193 Type II · 25 °C 下 1.0 µS/cm 或以下 | 最大 30 µS/cm · 补水量 0.42 L/h @ 50 A |
| 单电池数 · 活性面积 | 23 节 | 阳极 100 cm² · 阴极 79 cm² |
上述推荐电解液条件即性能曲线的测量条件。如果我们已为您的项目提供了专门条件，首次测试请改用那些条件。
技术参数表上的 1.0 µS/cm 是有意保守的推荐值；我们采用的上限为 30 µS/cm，更接近我们的实际运行记录。这一 30 µS/cm 是根据运行经验设定的界线：超过它并不意味着设备会失效，也不意味着质保失效。若合同或规格书规定为 1.0 µS/cm，则以该数值为准。两者的差别决定了水处理装置的配置：在 30 µS/cm 下，大多数现场只需一台反渗透装置即可；而要达到 1.0 µS/cm，则需在其后增加离子交换精处理。另请注意，电导率反映的是总离子量，因此有机物、微生物和颗粒物不会在其中体现；这些由上游的沉淀过滤器和活性炭段处理，而不是作为数值来监控。补水量在 50 A 时约为 0.42 L/h，连续运行时每天约 10 L，请据此和您的补水间隔确定水箱容量。请告诉我们原水状况、台数和每日用水量，我们将确定您需要几级处理。
工艺流程示意图
电解液回路和氢气管路的最低配置。本图为概念图，不能代替 P&ID。
- 供液从水箱经过滤器、泵和换热器进入电堆 IN 端口。泵应安装在水箱液位以下。
- OUT 为湿式排出口，同时携带氧气和电解液，因此需经过气液分离后返回水箱。在这一段测量阳极压力和出口温度。
- 两个氢气端口中，将较低的一个接至背压调节阀，较高的一个堵死。我们建议在 BPR 上下游各装一个压力表。
- 水箱排气口和 O₂ 排气口上不得安装任何可关断的阀门。
端口与接口
| IN | 电解液入口 · 3/8″ PEEK 管 |
|---|---|
| OUT | 氧气和电解液湿式排出口 · 3/8″ PEEK 管 |
| H₂（两个端口） | 氢气出口 · 各为 1/4″ 双卡套接头 |
| 直流端子 | M6 螺纹端子 · 紧固扭矩 4 至 6 N·m |
| 额定产量 | 氢气约 500 NL/h @ 50 A。氧气为其一半 |
| 补给水 | 约 0.42 L/h @ 50 A |
| 尺寸 · 重量 | 190 × 198 × 215 mm · 19 kg |
- 端口标识以电堆上的刻印为准。不同版本的布局可能不同，请先核对实物刻印。
- 管路和电缆应单独支撑，使其重量不压在端口和端子上。
- 直流电缆按 50 A 连续电流选型（如计划运行至 80 A，则按 80 A 连续电流选型），端子扭矩保持在 4 至 6 N·m 之间。扭矩过大会损坏端子。
- 电堆重 19 kg，一个人即可搬运。切勿通过端口或接头提起电堆。
电解液回路
回路中需要确定三项：流量、泵扬程和接液部件材料。
| 推荐流量 | 4 L/min（允许范围 1 至 10 L/min） |
|---|---|
| 电堆压降 | 4 L/min 时约 0.11 bar。仅针对电堆本身测得 |
| 泵选型依据 | 调速泵，在 4 L/min 时可用扬程至少约 0.3 bar |
| 转速指令 | 采用 0–5 V 或 PWM 驱动的 24 VDC BLDC 泵即可。等效方案亦可 |
- 0.11 bar 仅涵盖电堆。最终扬程需加上过滤器、换热器、流量计、阀门和管路的损失。
- 0.3 bar 是在 P&ID 和完整损失计算之前使用的初步选型依据，并非保证的最终扬程。
- 泵安装在水箱液位以下，实现灌注式吸入。不要用泵给阳极回路加压。
- 接液部件材料须由部件供应商按您的浓度、温度和设计裕量确认其兼容性。
- 电解液从共用的阳极歧管并联分配到每个单电池，而非串联。
- 如果运行的单电池数较少，请按比例调整流量：23 节用 4 L/min，则 12 片约为 2 L/min。单个单电池的电流范围不变。
提高流量会增大电堆压降，扩大阳极与阴极之间的压差，并使气体渗透增加。瓶颈在于内部流场，它是多通道结构，无法归结为单一数值。替代方案是将电解液回路分路。这超出了我们已验证的范围，因此我们不对该范围内的流量或性能数值作出承诺。
双极板采用模具成型，更改流场就意味着要重新开模，这不是可行的选项。如果您需要探讨，我们会提供图纸并通过电话沟通。
需排出的热量
热负荷等于输入功率减去以氢气形式带走的化学能。以下数值根据法拉第定律和高热值 HHV 计算，并非实测。
| 额定 | 50 A · 40 V | 输入 2.0 kW · 氢气 43 g/h · 按 HHV 计 1.7 kW |
|---|---|---|
| 额定热负荷 | 约 0.3 kW | 上述两个数值之差 |
| 运行极限 | 80 A · 50.6 V | 输入 4.1 kW · 氢气 69 g/h · 按 HHV 计 2.7 kW |
| 极限热负荷 | 约 1.3 kW | 1.5 kW 级换热器留有裕量 |
随着电堆性能衰减，给定电流下的电压升高，热负荷也随之增加。请以电压限值作为设计裕量的依据。
气体处理与排放
在低电流下，仅靠电解产热无法将电解液升至推荐温度。如果计划长时间低电流运行，请在水箱中安装耐 KOH 的加热器，并在您的 BoP 中设置温度监测和超温保护。
- OUT 为湿式排出口，同时携带氧气和电解液。请设置气液分离，并将电解液返回水箱。
- 排气管路上不得安装任何可关断的阀门或装置。水箱排气口也必须不可隔断。
- 在水箱最低点设置排液口和取样口。
- 凡是氢气容积可能被封闭或加压之处，都应设置干燥氮气吹扫接口和安全排放路径。吹扫流量和时间应在审查管路容积和 P&ID 后确定。切勿使用压缩空气或氧气吹扫。
首次调试条件
| 压力 | 两侧均为常压或接近常压 |
|---|---|
| 氢气出口 | 不节流，自由排放 |
| BPR | 全开或旁通 |
加压配置必须包括的内容
- 独立的阳极和阴极压力变送器，以及计算得出的压差
- 独立的高压和压差停机联锁
- 高压时自动隔离产品气
- 经验证的安全排放或泄压路径
- 手动 BPR 仅是调节部件。我们不认可将其作为独立的压力控制或安全装置。
压力限值与仪表
10 barg 是氢气侧最高运行压力，并不意味着允许 10 bar 的压差。阳极与阴极之间的压差是另一项，请结合下方的未确定事项一并阅读。
加压满负荷下的实测值
控制限值为氧中氢 2 vol%（H₂-in-O₂）。以下数值是在另一次有气体分析记录的 10 barg 运行时段内测得。
| 记录时段 | 189.5 h | 有气体分析记录的时段 |
|---|---|---|
| H₂-in-O₂ 平均值 | 1.006 vol% | 同一时段内最大 1.435 vol% |
| 控制限值 | 2 vol% | 建议超过此值时停机 |
部分负荷下气体渗透上升
这些倍数来自常压至 6 barg 之间的 49 个实测点。倍数与压力无关，保持一致。
| 满负荷 | 1×（基准） | 控制限值为 H₂-in-O₂ 2 vol% |
|---|---|---|
| 60% 负荷 | 1.25 至 1.43× | |
| 40% 负荷 | 1.67 至 1.94× | 低于 40–50% 时，2 vol% 成为实际的设计限值 |
至少采取以下措施之一加以缓解：最低负荷限制、低负荷时降低压力，或设置 2 vol% 联锁。
对于单独的 HXS-2，目前还没有同时涵盖稳态和瞬态的压差数值限值。加压完整电堆验证正在进行中。跳闸设定值需在对照 P&ID 审查变送器量程与响应时间、阀门故障位置、泄压配置和封闭气体容积后，按项目确定。不要将系统级（HXB-V1）报警值作为压差限值套用到单独的电堆上。
各位置的最低仪表配置
| 位置 | 仪表 |
|---|---|
| 水箱 | 液位、温度、不可隔断的排气口、最低点的排液口和取样口 |
| 电堆入口 | 换热器下游温度、流量 |
| 电堆出口 | 出口温度、耐 KOH 的阳极压力 |
| 氢气出口 | 紧接电堆之后、任何调节阀或阀门上游的阴极压力。我们也建议在 BPR 下游测量二次压力 |
| 外部控制器 | 流量、两侧压力、电堆电流和电压、水箱/入口/出口 PT100、液位、泄漏、急停和阀门反馈、泵和电源指令、隔离和排气输出、硬接线急停 |
HXS-2 没有内置 PLC，也没有标准通信接口。上述功能由外部控制器实现。
调试顺序
各步骤的详细操作和完整的首次运行检查清单见 HXS-2 手册的“快速入门”章节。快速入门 →
- 确认两侧均为常压检查氢气出口是否打开，BPR 是否全开或旁通。
- 加注电解液并检漏加满水箱，进行循环，并检查每个接头。
- 设定流量和温度设定 4 L/min 并确认达到推荐温度。如在低电流下运行，请使用加热器。
- 连接直流电并从低电流开始升流在监视电压和温度的同时分步提高电流。
- 首次运行检查检查电压表现、泄漏、温度和气体排出情况。按照手册“快速入门”章节末尾的检查项执行。
维护与拆卸的界限
- MEA 更换为返厂服务。将电堆寄回给我们，我们仅更换 MEA。端板、双极板、单电池框和紧固件将重复使用。
- 自行拆卸需要液压机。压缩和螺栓紧固步骤见随电堆提供的组装指南。
- 拆卸后的性能和密封性我们不提供质保。请结合质保与服务政策一并阅读。
- 电解液没有固定的更换周期。运行中消耗的是水，KOH 本身不消耗。当 H₂-in-O₂ 超过控制限值，或电解液状态和性能趋势发生变化时，请停机检查后再更换。
- 其他定期检查项目见 HXS-2 手册的“维护”章节。
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HX-SIG-HXS2-EN-001 · Rev 07 · 2026-10-05
本文件为设计参考。如个别合同另有规定，以合同为准。
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