Создание кислородно-водородной установки малой мощности на базе кислородно-водородного генератора «МЮОН-10»

Феоктистов Николай Алексеевич

Первый проректор НОУ ВПО ИГУПИТ

 

Кокорин Владимир Васильевич,

Варламов Игорь Владимирович

НОУ ВПО ИГУПИТ

E-mail: info@igupit.ru

 

Создание кислородно-водородной установки малой мощности на базе кислородно-водородного генератора «МЮОН-10»

 

Аннотация: Данная статья содержит анализ недостатков кислородно - водородного генератора «МЮОН-10» . Предлагаются варианты усовершенствования данной конструкции как в плане конструктивных недостатков, так и с использованием современной электронной комплектации.

Ключевые слова: Кислородно-водородная, МЮОН, конструкция.

 

The Abstract: The authors analyse some shortcomings of the "МЮОН-10" oxygen-hydrogen generator and put forward some versions of the installation improvement concerning both removing its construction faults and  use of  modern electronic  set of devices.

The Keywords: Oxygen-hydrogen, МЮОН,  design.

 

***

 

I. Анализ недостатков электролизера «МЮОН-10»

Для оптимизации работы по разработке кислородно-водородной установки малой мощности проведен анализ блоков электролизера «МЮОН-10».

1. Материал для изготовления пластин

От устройства электродов зависят напряжение на ячейке и расход электроэнергии. Поэтому тип и конструкция электродов во многом определяют технологические и экономические показатели работы электролизера. Материал электродов должен быть:

- дешевым, доступным, удобным для обработки и придания необходимых форм, обладать коррозионной стойкостью в условиях процесса электролиза;

- рабочие поверхности электродов должны быть по возможности сближены для уменьшения потерь напряжения на преодоление омического сопротивления электролита;

- конструкцией электродов должен предусматриваться удобный отвод пузырьков газа из рабочего (межэлектродного) пространства с целью уменьшения степени газонаполнения электролита на пути тока между электродами.

- электроды должны быть по возможности просты в изготовлении.

При использовании щелочных электролитов катоды электролизеров практически всегда изготовляются из обычной углеродистой стали. Она доступна по цене, хорошо обрабатывается, обладает коррозионной стойкостью при катодной поляризации и достаточно низким перенапряжением выделения водорода. Применяется также активация катодов металлами платиновой группы. Для изготовления анодов обычно используют сталь, покрытую слоем никеля. [1].

Блок электролизера «МЮОН» на рис.1 состоит из двух однотипных блоков по 55 пластин сделанных из никеля. Использование чистого никеля для проектирования пластин нецелесообразно вследствие стоимости. Цена никеля приблизительно в 5-7 раз больше чем у стали.

блок

Рис.1. Вид электролизера

2. Индикация наличия электролита

Индикатор наличия электролита на рис 1 имеет недостаточно четкий просмотр.

3. Сливное отверстие

На дне рис. 2 стенки имеется сливное отверстие, которое не обоснованно. Так как при смене электролита в данной конструкции требуется снятие блока и проведение замены в соответствующих условиях. Причем слить электролит целесообразнее через выходные штуцера.

стенка

Рис.2. Вид задней стенки электролизера

4. Расположение барбатеров.

Блоки барбатера на рис 3 расположены на очень близком расстоянии, что приводит к трудностям открытия для проверки и смены содержимого. Конструкция создает трудности при соединении, так как сделать полную герметизацию при наличии давления проблематично, а выявление утечки требует времени.

барбатер

Рис.3. Вид расположения блока барбатеров

5. Датчик давления

Датчик давления на рис 4 применен авиационный, который нелегко приобрести и стоимость его соответственно высокая.

Датчик%20давления

Рис.4. Датчик давления

6. Редуктор.

Редуктор на рис 5, как эксклюзивное изделие, с учетом токарных, фрезерных и слесарных работ имеет высокую стоимость и вес.

редуктор

Рис.5. Вид датчика давления

7. Электролиз под рабочим давлением ≈ 2 атмосферы

При электролизе под повышенным давлением значительно возрастают требования к конструкции электролизеров и к материалам для изготовления их деталей, увеличивается расход материалов для изготовления корпуса и деталей электролизера. Также взрывы под давлением отличаются большой разрушающей силой.

В настоящее время в промышленности применяются электролизеры, работающие под сравнительно небольшим давлением до 30—40 атмосфер, так как наибольшие преимущества электролиз под давлением имеет при переходе от атмосферного давления к давлениям порядка 10—40 атмосфер [1]. Следовательно, рабочее давление в 2 атмосферы приводит только к удорожанию конструкции и небезопасной работы на нем.

II. Возможные варианты станций

1. С применением регулируемой горелки на рис. 6. При этом устанавливается датчик давления на случай когда горелка перекрыта, он дает возможность вручную управлять пламенем путем регулирования вентилями на ручке горелки.

горелка%201

Рис.6. Вид регулируемой газовой горелки

2. С применением нерегулируемой горелки на рис. 7. При этом датчик давления не требуется.

1

Рис.7. Вид нерегулируемой газовой горелки

 

3. Со встроенным AC/DC преобразователем.

4. С внешним трансформаторным источником питания. Это даст возможность использовать изделие как обычный сварочный аппарат и кислородно- водородную установку.

III. Электронное управление установкой

Блок электронного управления кислородно-водородной установки малой мощности изображен на рис. 8.

Рис.8. Блок схема

Целесообразно введение в систему современных приборов и устройств

1. Датчик давления. При использовании горелки с регулируемым выходом.

2. Датчик температуры. Включает вентиляторы при достижении температуры 30 градусов по Цельсию и выключает систему при температуре 70 градусов по Цельсию с индикацией режима «Авария».

3. Датчик Холла. Сбор данных о электрических параметров в системе (Ток, напряжение и мощность).

4. Индикатор. Вывод минимальной информации.

5. Монитор. Вывод всей информации протекающей в системе во время работы.

IV Особенности

Работа системы очень зависит от концентрации щелочи. Первоначальная концентрация равна приблизительно 25 % KOH. График зависимости концентрации 20-25 % изображен на рис. 9.

еее

Рис.9. График зависимости тока от концентрации КОН

При работе расходуется дистиллированная вода, и при ее использовании концентрация щелочи увеличивается, при этом увеличивается ток. Микропроцессор отслеживает этот процесс, и изменение тока держит пламя на установленном уровне (постоянная мощность при сварке.) Когда ток превысит некий порог, который, связан с критическим уменьшением дистиллированной воды, процессор отключит систему и даст сигнализацию для добавки воды.

В такой системе, возможно, программирование режимов сварки в указанном временном интервале, процессор сам будет отслеживать процесс, а также заложить арифметический метод вычисления потребления воды, кислорода, водорода и т, д. как функцию от тока, проходящего через электролизер.

Для наглядности и вывода полной информации возможно подключение монитора. Хорошие индикаторы превосходят стоимость мониторов, а также можно использовать для данных целей старые мониторы, которые просто утилизируются.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Якименко Л. М. Электролиз воды. М.:  Химия, 1970. С. 86-90, С. 93-97.

Мир науки - научный журнал
Транспортные сооружения - научный журнал
Отходы и ресурсы - научный журнал