ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ И АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ БЕЗМЕМБРАННЫМ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОМ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2018.04.057
Журнал Проблемы машиностроения
Издатель Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного Национальной академии наук Украины
ISSN 0131-2928 (print), 2411-0779 (online)
Выпуск Том 21, № 4, 2018 (декабрь)
Страницы 57-63

 

Авторы

В. В. Соловей, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: solovey@ipmach.kharkov.ua , ORCID: 0000-0002-5444-8922

А. Л. Котенко, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10)

И. А. Воробьева, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10)

А. А. Шевченко, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10)

Н. Н. Зипунников, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), ORCID: 0000-0002-0579-2962

 

Аннотация

Рассмотрена технология циклического генерирования водорода и кислорода высокого давления, реализуемая в одномодульной и многомодульной электролизной установке. Приведена принципиальная схема ее работы для реализации способа с четырьмя последовательно подключенными модулями. Во время циклической подачи знакопеременных потенциалов на активный и пассивный электроды с получением каждого из газов раздельно во времени при одновременном обратном поглощении другого активным электродом процесс возможно проводить как по одномодульной, так и многомодульной схеме с последовательным подключением в электрическую цепь и выведением (шунтированием) из цепи отдельных модулей или блоков электролизеров без прерывания процесса получения газов с оптимальным регулированием продуктивности газов по условиям технологического процесса. Это позволяет реализовать работу электролизной установки с низкими токовыми нагружениями и снизить риски возникновения электрических пробоев внутри модулей электролизеров. Описан алгоритм управления четырехмодульной электролизной установкой. Определены оптимальные параметры регулирования продуктивности газов по требованиям условий технологического процесса. Проведен анализ циклограммы с ограничениями напряжения протекания реакции от 0,5 до 1,8 В при генерации водорода и кислорода. Диапазон рабочих температур разработанного процесса электролиза находится в пределах от 280 до 423 К, а интервал давлений составляет 0,1–70 МПа. Приведены зависимости вольт-амперных характеристик системы питания электролизера высокого давления от количества последовательно соединенных модулей заданной продуктивности. Оптимальное регулирование продуктивности газов по требованиям условий технологического процесса или в случаях выведения из электрической цепи отдельных модулей без прерывания процесса генерации газов осуществлялось путем управления величиной тока в электрической системе в соответствии с обратно пропорциональной зависимостью от количества подключенных модулей. Рассмотрен внешний вид конструкции электродной сборки с использованием газопоглощающего электрода. Даны рекомендации по реализации работы электролизной установки с низкими токовыми нагружениями и по снижению рисков возникновения электрических пробоев внутри модулей электролизеров.

 

Ключевые слова: электролизер, газопоглощающий электрод, водород, кислород.

 

Литература

  1. Соловей В. В., Жиров А. С., Шевченко А. А. Влияние режимных факторов на эффективность электролизера высокого давления. Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования: cб. науч. тр. Харьков, 2003. С. 250–254.
  2. Соловей В. В., Шевченко А. А., Воробьева И. А., Семикин В. М., Коверсун С. А. Повышение эффективности процесса генерации водорода в электролизерах с газопоглощающим электродом. Вестн. Харьков. нац. автомоб.-дор. ун–та. 2008. № 43. С. 69–72.
  3. Шевченко А. А. Использование ЭЛАЭЛов в автономных энергоустановках, характеризующихся неравномерностью энергопоступления. Авиац.-косм.техника и технология. 1999. Вып. 13. С. 111–116.
  4. Соловей В. В., Зипунников Н. Н., Шевченко А. А. Исследование эффективности электродных материалов в электролизных системах с раздельным циклом генерации газов. Проблемы машиностроения. 2015. Т. 18. № 1. С. 72–76.
  5. Solovey V. V., Kozak L., Shevchenko A., Zipunnikov M., Campbell R., Seamon F. Hydrogen technology of energy storage making use of wind power potential. Проблемы машиностроения. 2017. Т. 20. № 1. С. 62–68. https://doi.org/10.15407/pmach2017.01.062
  6. Воробьева И. А., Шевченко А. А., Зипунников Н. Н. Эксергетический анализ электрохимических систем генерации водорода высокого давления. Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я: матеріали ХХVI міжнар. наук.-практ. конф. (Харків, 16–18 травня 2018 р.). Харьков, 2018. Ч. 2. С. 232.
  7. Воробьева И. А., Шевченко А. А., Зипунников Н. Н., Котенко А. Л. Использование ветроэнергетических комплексов в инфраструктуре водородной энергетики. Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я: матеріали ХХVI міжнар. наук.-практ. конф. (Харків, 16–18 травня 2018 р.). Харьков, 2018. Ч. 2. С. 330.
  8. Solovey V., Zipunnikov N., Shevchenko A., Vorobjova I., Kotenko A. Energy effective membrane-less technology for high pressure hydrogen electro-chemical generation. French-Ukrainian Journal of Chemistry. 2018. Vol. 6. No. 1. P. 151–156. https://doi.org/10.17721/fujcV6I1P151-156
  9. Бухкало С. І., Зіпунніков М. М., Котенко А. Л. Особливості процесів отримання водню з води. Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я: матеріали ХХV міжнар. наук.-практ. конф. (Харків, 17–19 травня 2017 р.). Харьков, 2017. Ч. 3. С. 28.
  10. Якименко Л. М., Модылевская И. Д., Ткачек З. А. Электролиз воды. М.: Химия, 1970. 264 с.
  11. Прикладная электрохимия (под ред. А. Л. Ротиняна ): 3-е изд. М.: Химия. 1974. 536 с.

 

Поступила в редакцию 16 августа 2018 г.