Повышение эффективности газогенераторов водородно-кислородной смеси
Установлено, что применение импульсных источников питания дуги с плавной регулировкой параметров импульсов и увеличенной частотой их следования позволяет повысить коэффициент полезного действия электролизера. It is established that application of pulsed arc power sources with a smooth adjustment of...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2007 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2007
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99387 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Повышение эффективности газогенераторов водородно-кислородной смеси / А.М. Жерносеков, В.М. Кислицын // Автоматическая сварка. — 2007. — № 4 (648). — С. 57-58. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99387 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Жерносеков, А.М. Кислицын, В.М. 2016-04-27T19:22:36Z 2016-04-27T19:22:36Z 2007 Повышение эффективности газогенераторов водородно-кислородной смеси / А.М. Жерносеков, В.М. Кислицын // Автоматическая сварка. — 2007. — № 4 (648). — С. 57-58. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99387 621.791.5:662.766.3 Установлено, что применение импульсных источников питания дуги с плавной регулировкой параметров импульсов и увеличенной частотой их следования позволяет повысить коэффициент полезного действия электролизера. It is established that application of pulsed arc power sources with a smooth adjustment of the pulse parameters and increased repetition rate allows increasing the electrolyzer efficiency. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Краткие сообщения Повышение эффективности газогенераторов водородно-кислородной смеси Improvement of effectiveness of gas generators of hydrogen-oxygen mixture Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Повышение эффективности газогенераторов водородно-кислородной смеси |
| spellingShingle |
Повышение эффективности газогенераторов водородно-кислородной смеси Жерносеков, А.М. Кислицын, В.М. Краткие сообщения |
| title_short |
Повышение эффективности газогенераторов водородно-кислородной смеси |
| title_full |
Повышение эффективности газогенераторов водородно-кислородной смеси |
| title_fullStr |
Повышение эффективности газогенераторов водородно-кислородной смеси |
| title_full_unstemmed |
Повышение эффективности газогенераторов водородно-кислородной смеси |
| title_sort |
повышение эффективности газогенераторов водородно-кислородной смеси |
| author |
Жерносеков, А.М. Кислицын, В.М. |
| author_facet |
Жерносеков, А.М. Кислицын, В.М. |
| topic |
Краткие сообщения |
| topic_facet |
Краткие сообщения |
| publishDate |
2007 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Improvement of effectiveness of gas generators of hydrogen-oxygen mixture |
| description |
Установлено, что применение импульсных источников питания дуги с плавной регулировкой параметров импульсов и увеличенной частотой их следования позволяет повысить коэффициент полезного действия электролизера.
It is established that application of pulsed arc power sources with a smooth adjustment of the pulse parameters and increased repetition rate allows increasing the electrolyzer efficiency.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99387 |
| citation_txt |
Повышение эффективности газогенераторов водородно-кислородной смеси / А.М. Жерносеков, В.М. Кислицын // Автоматическая сварка. — 2007. — № 4 (648). — С. 57-58. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT žernosekovam povyšenieéffektivnostigazogeneratorovvodorodnokislorodnoismesi AT kislicynvm povyšenieéffektivnostigazogeneratorovvodorodnokislorodnoismesi AT žernosekovam improvementofeffectivenessofgasgeneratorsofhydrogenoxygenmixture AT kislicynvm improvementofeffectivenessofgasgeneratorsofhydrogenoxygenmixture |
| first_indexed |
2025-11-26T15:13:53Z |
| last_indexed |
2025-11-26T15:13:53Z |
| _version_ |
1850627840298450944 |
| fulltext |
УДК 621.791.5:662.766.3
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГАЗОГЕНЕРАТОРОВ
ВОДОРОДНО-КИСЛОРОДНОЙ СМЕСИ
А. М. ЖЕРНОСЕКОВ, В. М. КИСЛИЦЫН, кандидаты техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Установлено, что применение импульсных источников питания дуги с плавной регулировкой параметров импульсов
и увеличенной частотой их следования позволяет повысить коэффициент полезного действия электролизера.
К л ю ч е в ы е с л о в а : газогенераторы, водородно-кисло-
родные смеси, электролизер, источники питания, частота
импульсов, газопламенная технология
Для получения водорода технической чистоты ча-
ще всего используют электролиз воды, однако во
многих случаях промышленное применение элек-
тролитического водорода оказывается дороже
других горючих газов или водорода, получаемого,
например, способами каталитической конверсии
водяного пара или реформингом метана. Попытки
снизить существенные расходы на транспортиров-
ку и хранение запасов водорода путем размещения
электролизера у места его потребления оказыва-
лись тщетными из-за высокой стоимости элект-
ролизера, необходимости в специальном поме-
щении для его размещения, а также высокого
уровня текущих затрат.
Широкое применение водорода сдерживается
укоренившимся представлением о его особой сте-
пени взрывоопасности. Этот тезис был опровер-
гнут в начале 1970-х годов, когда в нашей стране
и за рубежом было экспериментально доказано,
что при определенных условиях можно обеспе-
чить достаточно высокую степень взрыво- и по-
жаробезопасности с помощью более простых по
конструкции электролизеров водородно-кисло-
родной смеси (гремучей смеси). Первые образцы
генераторов водородно-кислородной смеси имели
невысокую производительность (до 0,2 м3/ч) [1,
2], достаточную для использования в процессах
пайки и микросварки изделий электротехнической
и электронной промышленности.
Переход к разработке конструкций газогене-
раторов производительностью более 1 м3/ч [3] был
осуществлен на основании накопленного опыта
их технологического использования. Основные
принципы разработки в ИЭС им. Е. О. Патона
газогенераторов водородно-кислородной смеси
производительностью более 1 м3/ч [4] заключа-
лись в двухблочном исполнении газогенератора
(источника питания и электролизера), использо-
вании сварочного источника постоянного тока;
разделении полученной смеси на два канала —
чистой гремучей смеси и смеси, обогащенной уг-
леводородными добавками. Эту концепцию раз-
работки газогенератора, проверенную в течение
десятка лет на многих предприятиях Украины,
впоследствии использовали и ведущие зарубеж-
ные фирмы [5].
Как показала практика многолетней эксплуа-
тации газогенератора водородно-кислородной
смеси А-1803 производительностью до 1,8 м3/ч,
созданного на основе прототипа ГВК-1,5, его кон-
струкция оказалась наиболее удачной с точки зре-
ния соотношения его рыночной стоимости к ве-
личине затрат на изготовление, а также эксплуа-
тационных преимуществ по сравнению с другими
конструкциями. Надежность этой конструкции, а
также возможность разработки на основе водо-
родно-кислородных смесей экологически чистых
технологий позволяет надеяться на перспектив-
ность развития газопламенной технологии в этом
направлении [6].
Учитывая, что газогенератор А-1803, разрабо-
танный более четверти века назад, имел КПД пре-
образования электрической энергии в химическую
не выше 62 %, сегодня появилась возможность улуч-
шить его путем использования в качестве материала
электродов никеля вместо низкоуглеродистой стали,
снижения плотности тока на электродах и проведения
процесса электролиза при давлении до 0,3 МПа. Кро-
ме того, появилась возможность проведения экспе-
риментальной проверки идеи электролиза на повы-
шенных частотах, чему способствовало создание ис-
точников питания, разработанных в ИЭС им. Е.О.
Патона [7] и хорошо зарекомендовавших себя при
импульсно-дуговой сварке конструкций ответс-
твенного назначения [8]. Они позволяют плавно
регулировать частоту следования импульсов тока от
30 до 300 Гц; длительность импульсов от 1,5 до 5 мс;
амплитуду импульсов тока до 800 А; ток сварки от
50 до 315 А (при ПВ = 100 %); напряжение на дуге
от 16 до 40 В.
На рисунке представлена экспериментальная
зависимость напряжения на электролитической
ячейке от частоты следования импульсов тока.
Оказалось, что данная зависимость специфична
для конкретной конструкции электролитической© А. М. Жерносеков, В. М. Кислицын, 2007
4/2007 57
ячейки, использованной в электролизере А-1803
[3]. Явление снижения напряжения электролиза
можно объяснить следующим образом. Из лите-
ратурных данных [9] следует, что при электролизе
водных растворов перенапряжение водорода в ос-
новном зависит от материала катода и плотности
тока электролиза. Однако, как показывают резуль-
таты данного эксперимента, напряжение электро-
лиза существенно зависит и от формы импульсов
тока. Поскольку водорода в процессе электролиза
водных растворов выделяется в 2 раза больше,
чем кислорода, рассмотрим более подробно осо-
бенности выделения водорода.
Как известно, для электролиза используют ис-
точники постоянного тока, состоящие из трехфаз-
ного выпрямителя, который выполнен по схеме
Ларионова, или однофазного выпрямителя с двух-
полупериодным выпрямлением. В процессе элект-
ролиза катод практически за несколько десятков се-
кунд покрывается слоем адсорбированного водоро-
да, что сопровождается увеличением напряжения
электролиза из-за роста переходного электрического
сопротивления на границе металл – электролит. Из-
вестно также, что если во время роста пузырька
водорода на поверхности катода на некоторое вре-
мя прервать ток электролиза, то в первый момент
времени происходит скачкообразное увеличение
потенциала катода, что неизбежно приводит к об-
разованию нового центра адсорбции и перерасп-
ределению адсорбированных пузырьков водорода.
В ходе этого процесса происходит отрыв от по-
верхности катода наиболее крупных пузырьков
водорода и их естественное или принудительное
удаление из электролита. При новом цикле вклю-
чения тока электролиза выделение водорода наи-
более интенсивно будет происходить именно на
новых центрах адсорбции, сформировавшихся в
момент выключения тока электролиза, причем при
меньшем значении напряжения источника пита-
ния. Первостепенное значение в данном случае
имеет полное прекращение тока электролиза, дос-
тигаемое при падении напряжения до нуля, а не
его снижение, вызванное пульсацией, характерной
для обычных источников постоянного тока. Оче-
видно, что наличие незначительного пика отри-
цательного напряжения также будет способ-
ствовать снижению перенапряжения, вызванного
формированием на поверхности катода газового
подслоя.
Таким образом, экспериментально установле-
но, что увеличение частоты импульсов тока ис-
точника питания с 50 до 300 Гц позволяет повы-
сить КПД электролизера с 62 до 70 %. При до-
полнительной замене в конструкции электролизе-
ра материалов электродов и повышении давления
электролиза можно ожидать повышения КПД дан-
ной конструкции электролизера до 90 %.
1. Wasser-Schweisser // Produktion. — 1972. — № 8. — S. 104.
2. Кислицын В. М., Мусин А. Г. Малогабаритные переносные
установки для пайки и сварки кислородно-водородным
пламенем // Сварка и пайка элементов полупроводнико-
вых приборов и интегральных микросхем. — Киев: Зна-
ние, 1974. — С. 10–11.
3. А.с. 507668 СССР. Электролизер для получения гремучего
газа из воды и водных растворов / В. К. Лебедев, А. А.
Россошинский, В. М. Кислицын и др. — Опубл. 1976, Бюл.
№ 11.
4. Информационное письмо / АН УССР. Ин-т электросварки
им. Е. О. Патона. — Киев, 1981. — № 2 (1246): Генераторы
водородно-кислородной смеси ГВК-1,5 и ГВК-0,2 / В. М.
Кислицын, А. Г. Мусин, В. П. Шевченко. — [4] с.
5. Gas from electrolysis // Newsweek. — 1988. — March 21.
6. Письменный А. С., Кислицын В. М. Перспективы развития
газопламенной обработки материалов водородно-кисло-
родными смесями // Автомат. сварка. — 1995. — № 2. —
С. 39–42.
7. Источник питания для импульсно-дуговой сварки плавя-
щимся электродом с автоматической стабилизацией сва-
рочных параметров / П. П. Шейко, В. М. Павшук, А. М.
Жерносеков, Ю. О. Шимановский // Сварщик. — 2003. —
№ 4. — С. 4.
8. Сварка конструкций летательных аппаратов из алюмини-
евых сплавов больших толщин / О. Н. Кудряшов, О. М.
Новиков, И. В. Алексеев и др. // Свароч. пр-во. — 2001. —
№ 12. — С. 31–33.
9. Якименко Л. М. Электрохимические процессы в химичес-
кой промышленности. Производство водорода, кислоро-
да, хлора и щелочей. — М.: Химия, 1981. — 280 с.
It is established that application of pulsed arc power sources with a smooth adjustment of the pulse parameters and
increased repetition rate allows increasing the electrolyzer efficiency
Поступила редакцию 11.10.2006
Зависимость напряжения электролиза от частоты следования им-
пульсов тока
58 4/2007
|