Basic operation principles and control algorithm for a high-pressure membrane-less electrolyser
A technology of the cyclic generation of hydrogen and high-pressure oxygen, implemented in a single-module and multi-module electrolysis installation, is considered. A schematic operation diagram for implementing the method with four series-connected modules is given. During the cyclic supply of alt...
Збережено в:
| Дата: | 2019 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Ukrainian |
| Опубліковано: |
Journal of Mechanical Engineering
2019
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/154466 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Journal of Mechanical Engineering |
Репозитарії
Journal of Mechanical Engineering| id |
journalsuranuajme-article-154466 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Journal of Mechanical Engineering |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| topic |
electrolyzer gas absorption electrode hydrogen oxygen UDC 544.6.018.42 электролизер газопоглощающий электрод водород кислород УДК 544.6.018.42 електролізер газопоглинаючий електрод водень кисень УДК 544.6.018.42 |
| spellingShingle |
electrolyzer gas absorption electrode hydrogen oxygen UDC 544.6.018.42 электролизер газопоглощающий электрод водород кислород УДК 544.6.018.42 електролізер газопоглинаючий електрод водень кисень УДК 544.6.018.42 Solovei, V. V. Kotenko, A. L. Vorobiova, I. O. Shevchenko, A. A. Zipunnikov, M. M. Basic operation principles and control algorithm for a high-pressure membrane-less electrolyser |
| topic_facet |
electrolyzer gas absorption electrode hydrogen oxygen UDC 544.6.018.42 электролизер газопоглощающий электрод водород кислород УДК 544.6.018.42 електролізер газопоглинаючий електрод водень кисень УДК 544.6.018.42 |
| format |
Article |
| author |
Solovei, V. V. Kotenko, A. L. Vorobiova, I. O. Shevchenko, A. A. Zipunnikov, M. M. |
| author_facet |
Solovei, V. V. Kotenko, A. L. Vorobiova, I. O. Shevchenko, A. A. Zipunnikov, M. M. |
| author_sort |
Solovei, V. V. |
| title |
Basic operation principles and control algorithm for a high-pressure membrane-less electrolyser |
| title_short |
Basic operation principles and control algorithm for a high-pressure membrane-less electrolyser |
| title_full |
Basic operation principles and control algorithm for a high-pressure membrane-less electrolyser |
| title_fullStr |
Basic operation principles and control algorithm for a high-pressure membrane-less electrolyser |
| title_full_unstemmed |
Basic operation principles and control algorithm for a high-pressure membrane-less electrolyser |
| title_sort |
basic operation principles and control algorithm for a high-pressure membrane-less electrolyser |
| title_alt |
Основные принципы работы и алгоритм управления безмембранных электролизером высокого давления Основні принципи роботи і алгоритм керування безмембранним електролізером високого тиску |
| description |
A technology of the cyclic generation of hydrogen and high-pressure oxygen, implemented in a single-module and multi-module electrolysis installation, is considered. A schematic operation diagram for implementing the method with four series-connected modules is given. During the cyclic supply of alternating potentials to the active and passive electrodes to obtain each of the gases separately in time while the other gas is being simultaneously and reversibly absorbed by the active electrode, the process can be carried out with both single-module and multi-module circuits series-connected to an electrical circuit and either separate modules or electrolyzer blocks removed (by shunting) from the electrical circuit without interrupting the process of producing gases with the optimal regulation of gas productivity under the conditions of the technological process. This makes it possible to realize the operation of an electrolysis installation with low current loads, reducing the risk of electrical breakdowns inside electrolyser modules. A four-module electrolysis installation control algorithm is described. The optimal parameters for regulating the performance of gases are determined according to the requirements of the technological process. An analysis of the cyclogram of hydrogen and oxygen generation with the limitation of the reaction voltage from 0.5 to 1.8 V has been carried out. The range of operating temperatures of the developed electrolysis process is in the range from 280 to 423 K, and the pressure range is 0.1 to 70 MPa. The dependence of the volt-ampere characteristics of a high-pressure electrolyzer power supply system on the number of series-connected modules of a given performance is given. The optimal regulation of gas performance on demand of the technological process or in cases of removing individual modules from the electrical circuit without interrupting the process of generating gases has been carried out by controlling the amount of current in the electrical system according to inversely proportional dependence from the number of connected modules. The appearance of an electrode assembly design using a gas absorption electrode is considered. Recommendations for implementing an electrolysis installation operation with low current loads and reducing the risk of electrical breakdowns inside electrolyzer modules are indicated. |
| publisher |
Journal of Mechanical Engineering |
| publishDate |
2019 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/154466 |
| work_keys_str_mv |
AT soloveivv basicoperationprinciplesandcontrolalgorithmforahighpressuremembranelesselectrolyser AT kotenkoal basicoperationprinciplesandcontrolalgorithmforahighpressuremembranelesselectrolyser AT vorobiovaio basicoperationprinciplesandcontrolalgorithmforahighpressuremembranelesselectrolyser AT shevchenkoaa basicoperationprinciplesandcontrolalgorithmforahighpressuremembranelesselectrolyser AT zipunnikovmm basicoperationprinciplesandcontrolalgorithmforahighpressuremembranelesselectrolyser AT soloveivv osnovnyeprincipyrabotyialgoritmupravleniâbezmembrannyhélektrolizeromvysokogodavleniâ AT kotenkoal osnovnyeprincipyrabotyialgoritmupravleniâbezmembrannyhélektrolizeromvysokogodavleniâ AT vorobiovaio osnovnyeprincipyrabotyialgoritmupravleniâbezmembrannyhélektrolizeromvysokogodavleniâ AT shevchenkoaa osnovnyeprincipyrabotyialgoritmupravleniâbezmembrannyhélektrolizeromvysokogodavleniâ AT zipunnikovmm osnovnyeprincipyrabotyialgoritmupravleniâbezmembrannyhélektrolizeromvysokogodavleniâ AT soloveivv osnovníprincipirobotiíalgoritmkeruvannâbezmembrannimelektrolízeromvisokogotisku AT kotenkoal osnovníprincipirobotiíalgoritmkeruvannâbezmembrannimelektrolízeromvisokogotisku AT vorobiovaio osnovníprincipirobotiíalgoritmkeruvannâbezmembrannimelektrolízeromvisokogotisku AT shevchenkoaa osnovníprincipirobotiíalgoritmkeruvannâbezmembrannimelektrolízeromvisokogotisku AT zipunnikovmm osnovníprincipirobotiíalgoritmkeruvannâbezmembrannimelektrolízeromvisokogotisku |
| first_indexed |
2024-06-01T14:44:02Z |
| last_indexed |
2024-06-01T14:44:02Z |
| _version_ |
1800670326974054400 |
| spelling |
journalsuranuajme-article-1544662019-01-15T15:19:23Z Basic operation principles and control algorithm for a high-pressure membrane-less electrolyser Основные принципы работы и алгоритм управления безмембранных электролизером высокого давления Основні принципи роботи і алгоритм керування безмембранним електролізером високого тиску Solovei, V. V. Kotenko, A. L. Vorobiova, I. O. Shevchenko, A. A. Zipunnikov, M. M. electrolyzer gas absorption electrode hydrogen oxygen UDC 544.6.018.42 электролизер газопоглощающий электрод водород кислород УДК 544.6.018.42 електролізер газопоглинаючий електрод водень кисень УДК 544.6.018.42 A technology of the cyclic generation of hydrogen and high-pressure oxygen, implemented in a single-module and multi-module electrolysis installation, is considered. A schematic operation diagram for implementing the method with four series-connected modules is given. During the cyclic supply of alternating potentials to the active and passive electrodes to obtain each of the gases separately in time while the other gas is being simultaneously and reversibly absorbed by the active electrode, the process can be carried out with both single-module and multi-module circuits series-connected to an electrical circuit and either separate modules or electrolyzer blocks removed (by shunting) from the electrical circuit without interrupting the process of producing gases with the optimal regulation of gas productivity under the conditions of the technological process. This makes it possible to realize the operation of an electrolysis installation with low current loads, reducing the risk of electrical breakdowns inside electrolyser modules. A four-module electrolysis installation control algorithm is described. The optimal parameters for regulating the performance of gases are determined according to the requirements of the technological process. An analysis of the cyclogram of hydrogen and oxygen generation with the limitation of the reaction voltage from 0.5 to 1.8 V has been carried out. The range of operating temperatures of the developed electrolysis process is in the range from 280 to 423 K, and the pressure range is 0.1 to 70 MPa. The dependence of the volt-ampere characteristics of a high-pressure electrolyzer power supply system on the number of series-connected modules of a given performance is given. The optimal regulation of gas performance on demand of the technological process or in cases of removing individual modules from the electrical circuit without interrupting the process of generating gases has been carried out by controlling the amount of current in the electrical system according to inversely proportional dependence from the number of connected modules. The appearance of an electrode assembly design using a gas absorption electrode is considered. Recommendations for implementing an electrolysis installation operation with low current loads and reducing the risk of electrical breakdowns inside electrolyzer modules are indicated. 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 оборотном поглощении другого активным електродом процесс можно проводить как с одномодульной, так и многомодульной схем с последовательным подключением в электрическую цепь и выводом (шунтированием) из цепи отдельных модулей или блоков электролизеров без прерывания процесса получения газов с оптимальным регулированием производительности газов по условиям технологического процесса. Это позволяет реализовать работу электролизной установки с низкими токовыми нагрузками и снизить риски возникновения электрических пробоев внутри модулей электролизеров. Описан алгоритм управления четырёхмодульной электролизной установки. Определены оптимальне параметры регулирования производительности газов по требованию условий технологического процесса. Проведен анализ циклограммы изменения напряжения генерации водорода и кислорода с ограничением напряжения протекания реакции от 0,5 до 1,8 В. Диапазон рабочих температур разработанного процесса электролиза находится в пределах от 280 до 423 К, а интервал давлений составляет 0,1–70 МПа. Приведена зависимость вольт-амперных характеристик системы питания электролизера высокого давления от количества последовательно соединенных модулей заданной производительности. Оптимальное регулирование производительности газов по требованию условий технологического процесса или в случаях вывода из электрической цепи отдельных модулей, без прерывания процесса генерации газов, осуществлялось путем управления величиной тока в электрической системе согласно обратно пропорциональной зависимости от количества подключенных модулей. Рассмотрен внешний вид конструкции электродной сборки с использованием газопоглощающего электрода. Указаны рекомендации по реализации работы электролизной установки с низкими токовыми нагрузками и снижению рисков возникновения электрических пробоев внутри модулей электролизеров. 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. Journal of Mechanical Engineering Проблемы машиностроения Проблеми машинобудування 2019-01-15 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/154466 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 21 No. 4 (2018); 57-63 Проблемы машиностроения; Том 21 № 4 (2018); 57-63 Проблеми машинобудування; Том 21 № 4 (2018); 57-63 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/154466/154071 https://journals.uran.ua/jme/article/view/154466/154072 Copyright (c) 2019 V. V. Solovei, A. L. Kotenko, I. O. Vorobiova, A. A. Shevchenko, M. M. Zipunnikov https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |