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.

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.

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.

Рис.3. Вид расположения блока барбатеров

5. Датчик давления

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

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.

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.

Рис.6. Вид регулируемой газовой горелки

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

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.

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.