ОСНОВНІ ПРИНЦИПИ РОБОТИ І АЛГОРИТМ КЕРУВАННЯ БЕЗМЕМБРАННИМ ЕЛЕКТРОЛІЗЕРОМ ВИСОКОГО ТИСКУ

Автори

В. В. Соловей, Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: solovey@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0002-5444-8922

А. Л. Котенко, Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10)

І. О. Воробйова, Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10)

А. А. Шевченко, Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10)

М. М. Зіпунніков, Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), ORCID: 0000-0002-0579-2962

Анотація

Розглянуто технологію циклічного генерування водню та кисню високого тиску, що реалізується в одномодульній і багатомодульній електролізній установці. Наведено принципову схему її роботи для реалізації способу із чотирма послідовно підключеними модулями. Під час циклічної подачі знакозмінних потенціалів на активний і пасивний електроди з одержанням кожного з газів роздільно в часі за одночасного оборотного поглинання іншого активним електродом процес можливо проводити як за одномодульною, так і багатомодульною схемою з послідовним підключенням в електричне коло і виведенням (шунтуванням) з кола окремих модулів або блоків електролізерів без переривання процесу одержання газів з оптимальним регулюванням продуктивності газів за умовами технологічного процесу. Це дозволяє реалізувати роботу електролізної установки з низькими струмовими навантаженнями та знизити ризики виникнення електричних пробоїв усередині модулів електролізерів. Описано алгоритм керування чотирьохмодульною електролізною установкою. Визначено оптимальні параметри регулювання продуктивності газів на вимогу умов технологічного процесу. Проведено аналіз циклограми з обмеженням напруги протікання реакції від 0,5 до 1,8 В при генерації водню і кисню. Діапазон робочих температур розробленого процесу електролізу знаходиться в межах від 280 до 423 К, а інтервал тисків становить 0,1–70 МПа. Наведено залежність вольт-амперних характеристик системи живлення електролізера високого тиску від кількості послідовно з’єднаних модулів заданої продуктивності. Оптимальне регулювання продуктивності газів на вимогу умов технологічного процесу або у випадках виведення з електричного кола окремих модулів без переривання процесу генерації газів здійснювалось шляхом керування величиною струму в електричній системі згідно з обернено пропорційною залежністю від кількості підключених модулів. Розглянуто зовнішній вигляд конструкції електродної збірки з використанням газопоглинаючого електрода. Вказано рекомендації з реалізації роботи електролізної установки з низькими струмовими навантаженнями та зниження ризиків виникнення електричних пробоїв усередині модулів електролізерів.

Ключові слова: електролізер, газопоглинаючий електрод, водень, кисень.

Повний текст: завантажити PDF

Література

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.

Надійшла до редакції 16 серпня 2018 р.