BG66016B1 - Method and device for production of hydrogen and oxygen - Google Patents

Method and device for production of hydrogen and oxygen Download PDF

Info

Publication number
BG66016B1
BG66016B1 BG10109970A BG10997007A BG66016B1 BG 66016 B1 BG66016 B1 BG 66016B1 BG 10109970 A BG10109970 A BG 10109970A BG 10997007 A BG10997007 A BG 10997007A BG 66016 B1 BG66016 B1 BG 66016B1
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
cells
pem
oxygen
control unit
hydrogen
Prior art date
Application number
BG10109970A
Other languages
Bulgarian (bg)
Other versions
BG109970A (en
Inventor
Руслан ИВАНОВ
Original Assignee
Техноваксистем - Оод
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Техноваксистем - Оод filed Critical Техноваксистем - Оод
Priority to BG10109970A priority Critical patent/BG66016B1/en
Publication of BG109970A publication Critical patent/BG109970A/en
Publication of BG66016B1 publication Critical patent/BG66016B1/en

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

The method for producing hydrogen and oxygen consists of single or group series pulse feed of electrolytic cells with a proton-exchange membrane with a pulse rate over 17 Hz. The device comprises an electric power source, a converter, a control unit and a switching unit, associated with a block of electrolytic cells that consists of groups of electrolytic cells with a proton-exchange membrane, comprising one or several electrolytic cells with a proton-exchange membrane, such groups being connected singly to a switching unit and with a common end to the electric power converter.

Description

Област на техникатаTechnical field

Изобретението се отнася до метод и устройство за производство на водород и кислород, което ще намери приложение в производството на водород и кислород посредством електролиза в децентрализирани енергийни системи, захранвани от възобновяеми източници или от електроенергийната мрежа в областта на енергетиката, транспорта и промишлеността.The invention relates to a method and apparatus for the production of hydrogen and oxygen, which will find application in the production of hydrogen and oxygen by electrolysis in decentralized energy systems, powered by renewable sources or from the electricity grid in the fields of energy, transport and industry.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

Известен е метод за производство на водород и кислород, при който електролизерни клетки с протонообменна мембрана (РЕМ-електролизерни клетки) се захранват едновременно импулсно с честота на импулсите в областта от 1 до 17 Hz [1].A method of producing hydrogen and oxygen is known in which proton exchange membrane electrolyzer cells (PEM cells) are simultaneously pulsed at a pulse rate in the range of 1 to 17 Hz [1].

Същността на известния метод се състои в това, че импулсното захранване на РЕМ-електролизерните клетки се осъществява едновременно при честоти в диапазона от 1 до 17 Hz, което не осигурява възможност за ефективна работа на РЕМ-електролизерните клетки за производство на водород и кислород. Едновременното импулсно захранване на РЕМ-електролизерните клетки налага необходимостта от голяма инсталирана мощност, поради което системата е с големи габарити, икономически неизгодна и ограничава приложенията й до стационарни изпълнения.The essence of the known method is that the impulse supply of the PEM electrolyzer cells is carried out simultaneously at frequencies in the range from 1 to 17 Hz, which does not allow for the efficient operation of the PEM electrolyzer cells for the production of hydrogen and oxygen. The simultaneous impulse supply of the REM electrolyzer cells necessitates the need for large installed capacity, which is why the system is large in size, economically unprofitable and limits its applications to stationary applications.

Известно е устройство за производство на водород и кислород, което се състои от източник на електрическа енергия, преобразувател на електрическа енергия, свързан към комутиращ блок, който е свързан от една страна към блок за управление, и от друга - последователно свързан към блок с електролизерни клетки, в който РЕМ-електролизерните клетки са свързани последователно [2].A device for the production of hydrogen and oxygen is known, which consists of a power source, an electrical converter connected to a switching unit, which is connected on one side to a control unit, and on the other, connected in series to a cell with electrolytic cells. cells in which the PEM electrolyzer cells are connected in series [2].

Известното устройство осигурява последователно свързване на РЕМ електролизерните клетки, както помежду им, така и на блок комутация, и на електрическия преобразувател, което не осигурява възможност за ефективно производство на водород и кислород в зависи мост от режима на работа на източника на електрическа енергия.The known device provides a sequential connection of the PEM electrolytic cells, both between them and the switching unit and the electrical converter, which does not provide an opportunity for efficient production of hydrogen and oxygen depending on the mode of operation of the power source.

Техническа същност на изобретениетоSUMMARY OF THE INVENTION

Задачата на изобретението е да се създаде метод и устройство за производство на водород и кислород, които осигуряват възможност за ефективно производство на водород и кислород в зависимост от режима на работа на източника на електрическа енергия.It is an object of the invention to provide a method and apparatus for the production of hydrogen and oxygen which provide an opportunity for efficient production of hydrogen and oxygen depending on the mode of operation of the power source.

Задачата е решена с метод и устройство за производство на водород и кислород.The problem is solved with a method and device for the production of hydrogen and oxygen.

Методът за производство на водород и кислород включва подаване на импулсно захранване към РЕМ-електролизерни клетки от генератор на електрическа енергия през преобразувател на електрическа енергия, последователно свързан към генератора, и блок за управление. В зависимост от параметрите на входната електрическа енергия, блокът за управление определя честотата на импулсно захранване, която е поголяма от 18 Hz и с която се превключват РЕМелектролизерните клетки. В зависимост от продължителността на захранващите електрически импулси и необходимостта от групиране или прегрупиране на РЕМ-електролизерните клетки, блокът за управление формира управляващ импулс с определена продължителност. Управляващият импулс се подава към блока комутация, а той свързва първата група РЕМ-електролизерни клетки с преобразувателя на електрическа енергия. Тази група РЕМ-електролизерни клетки започва генериране на водород и кислород, докато останалите групи РЕМ-електролизерни клетки не работят. След изтичане на времето на работата на първата група РЕМ-електролизерни клетки, блокът за управление формира сигнал за нейното изключване и подава сигнал към блока комутация за включване на следващата по ред група РЕМ-електролизерни клетки, която след свързване с преобразувателя на електрическа енергия започва генериране на водород и кислород. По този начин процесът продължава, докато се обходят всички η на брой РЕМ-електролизерни клетки, след което стартира отново.The method for producing hydrogen and oxygen involves supplying a pulsed power supply to the PEM electrolyzer cells from an electric generator through an electrical converter connected in series to the generator and a control unit. Depending on the parameters of the input electrical power, the control unit determines a pulse power frequency that is greater than 18 Hz and with which the REM electrolyzer cells are switched. Depending on the duration of the supply electrical impulses and the need to group or regroup the PEM electrolyzer cells, the control unit forms a control impulse of a definite duration. The control impulse is fed to the switching unit, and it connects the first group of PEM electrolytic cells to the electrical converter. This group of PEM electrolyzer cells starts generating hydrogen and oxygen, while the other groups of PEM electrolyzer cells do not work. After the expiration of the first group of PEM cells, the control unit generates a signal for switching it off and sends a signal to the switching unit for switching on the next group of PEM cells, which after generating the power converter starts generating of hydrogen and oxygen. In this way, the process is continued until all η counts of the PEM electrolyzer cells are bypassed and then restarted.

Устройството за производство на водород и кислород се състои от източник на електрическа енергия, към който последователно е свързан преобразувател на електрическа енергия сThe hydrogen and oxygen production unit consists of a power source to which a power converter is connected in series with

66016 Bl включен към него блок комутация. Блокът комутация е включен от една страна последователно към блок електролизерни клетки, а от друга страна - към блок за управление. Самият блок електролизерни клетки се състои от групи РЕМелектролизерни клетки, а всяка група включва поне една РЕМ-електролизерна клетка. Групите са свързани от една страна към блок комутация, а от друга страна, посредством общ извод към преобразователя на електрическа енергия.66016 Bl switching unit connected to it. The switching unit is connected, on the one hand, in series to the electrolyzer cell unit and, on the other, to the control unit. The cell electrolyzer cell itself consists of groups of PEMelectrolyzer cells, and each group includes at least one PEM cell. The groups are connected, on the one hand, to a switching unit and, on the other, by means of a common terminal to the electrical converter.

Предимството на метода и устройството за производство на водород и кислород е, че РЕМ електролизерните клетки са свързани от една страна поотделно към комутиращ блок, а от друга с общ край към преобразователя и се захранват импулсно, с честота на импулсите по-голяма от 18 Hz, поединично или групово, което осигурява възможност за ефективно производство на водород и кислород в зависимост от измененията на електрическата енергия, генерирана от източник на електрическа енергия.The advantage of the hydrogen and oxygen production method and apparatus is that the PEM electrolyzer cells are connected on one side individually to the switching unit and on the other with a common end to the converter and are pulsed, with a pulse rate greater than 18 Hz , individually or in groups, which enables efficient production of hydrogen and oxygen depending on the changes in electricity generated by a source of electricity.

Пояснение на приложената фигураExplanation of the attached figure

Фигура 1 представлява блокова електрическа схема на устройство за производство на водород и кислород.Figure 1 is a block diagram of an apparatus for the production of hydrogen and oxygen.

Пример за изпълнение на изобретениетоAn embodiment of the invention

Съгласно примерно изпълнение (фиг. 1) методът за производство на водород и кислород включва подаване на импулсно захранване към РЕМ-електролизерни клетки от генератор на електрическа енергия 1 през последователно свързан към него преобразувател на електрическа енергия 2 и блок за управление 5. В зависимост от параметрите на входната електрическа енергия, блокът за управление 5 определя честота на импулсно захранване по-голяма от 18 Hz, с която се превключват РЕМ-електролизерните клетки. В зависимост от продължителността на захранващите електрически импулси и необходимостта от групиране или прегрупиране на РЕМелектролизерните клетки, блокът за управление 5 формира управляващ импулс с определена продължителност и го подава към блока комутация 3. Той свързва първата група РЕМ-електролизерни клетки (EkJ с преобразувателя на електрическа енергия 2, при което първата гру па РЕМ-електролизерни клетки (EkJ започва генериране на водород и кислород, докато останалите групи РЕМ-електролизерни клетки (Ек2...Екп) не работят. След изтичане на времето на работата на първата група РЕМ-електролизерни клетки (Ек,), блокът за управление 5 формира сигнал за нейното изключване и подава сигнал към блока комутация 3 за включване на следващата по ред група РЕМ-електролизерни клетки (Ек2...Екп). При свързването на тази група с преобразувателя на електрическа енергия 2 започва генериране на водород и кислород, като процесът продължава, докато се обходят всички η на брой РЕМ-електролизерни клетки. След това процесът стартира отново.According to an exemplary embodiment (FIG. 1), the hydrogen and oxygen production method involves supplying a pulsed power supply to the PEM electrolyzer cells from an electricity generator 1 through a power converter connected thereto 2 and a control unit 5. Depending on the the input power parameters, the control unit 5 determines a pulse power frequency greater than 18 Hz, with which the PEM electrolyzer cells are switched. Depending on the duration of the supply electrical impulses and the need to group or regroup the REM electrolyzer cells, control unit 5 forms a control impulse of a definite duration and feeds it to the switching unit 3. It connects the first group of REM electrolyzer cells (EkJ to the converter of electrical energy 2, wherein the first a group as REM electrolytic cells (EkJ starts generating hydrogen and oxygen, while the remaining groups REM electrolytic cells (Eck 2 ... Ek n) do not work. After I deleted nd of times of operation of the first group REM electrolytic cell (Ek), the control unit 5 forms a signal is excluded, and provides a signal to block commutation 3 for switching to the next row group REM electrolytic cells (Eck 2 ... Eq n ) When connecting this group to the power converter 2, hydrogen and oxygen generation begins, and the process continues until all η counts of the PEM electrolyzer cells are bypassed. Then the process starts again.

Съгласно примерно изпълнение устройство за производство на водород и кислород (фиг. 1) се състои от източник на електрическа енергия 1, електрически преобразувател 2, последователно свързан към блок комутация 3, а той съответно с блок електролизерни клетки 4, състоящ се от η на брой РЕМ-електролизерни клетки. Броят на електролизерните клетки в блока електролизерни клетки 4 е неограничен и се съобразява с конкретното приложение на устройството за производство на водород и кислород. Блокът за управление 5 е свързан от една страна с електрическия преобразувател, а от друга - с блок комутация. Блокът за управление има електрическа връзка със сензори, отчитащи параметрите на входната постояннотокова електрическа енергия и параметрите на импулсната електрическа енергия, подавана към РЕМ-електролизерните клетки.According to an exemplary embodiment, the hydrogen and oxygen production apparatus (Fig. 1) consists of a power source 1, an electrical converter 2, connected in series to a switching unit 3, and it, respectively, to an electrolytic cell unit 4 consisting of η in number PEM electrolyzer cells. The number of cells in the cell of cell 4 is unlimited and is tailored to the particular application of the device for the production of hydrogen and oxygen. The control unit 5 is connected to the electrical converter on the one hand and to the switching unit on the other. The control unit is electrically connected to sensors that take into account the parameters of the input DC power and the parameters of the impulse electricity supplied to the PEM cell.

Източникът на електрическа енергия е възобновяем източник на енергия, но може да бъде и всеки генератор или акумулатор на електрическа енергия. Електрическият преобразувател е DC/DC или AC/DC като в зависимост от използвания източник на електрическа енергия е с възможност за електронен контрол на изходното напрежение и ток.The electricity source is a renewable energy source, but it can also be any generator or accumulator of electricity. The electrical converter is DC / DC or AC / DC and, depending on the power source used, has the ability to electronically control the output voltage and current.

Комутиращият блок 3 се състои от η на брой електронни ключове, които могат да бъдат транзистори или други полупроводникови елементи.Switching unit 3 consists of η number of electronic switches, which may be transistors or other semiconductor devices.

Устройството за производство на водород и кислород съгласно изобретението действа по следния начин.The hydrogen and oxygen production apparatus according to the invention operates as follows.

В зависимост от параметрите на електри3Depending on the parameters of the electrical3

66016 Bl ческата енергия на изхода на преобразувателя, отчитани посредством сензори, чиито връзки не са показани на фигурата, блокът за управление определя честотата, с която се превключват отделните групи електролизерни клетки, необходимостта от комбинирането им в подгрупи и комбинацията за подгрупирането и формира управляващ импулс с определена продължителност към блок комутация, който свързва първата група РЕМ-електролизерни клекти (ЕК]) с преобразувателя на електрическа енергия. Електрическата енергия от преобразувателя се подава към първата група електролизерни клекти (ЕК]), която започва генерирането на водород и кислород, докато всички останали групи електролизерни клетки не работят. След изтичане на времето за работа на първата група електролизерни клетки, блокът за управление формира сигнал за нейното изключване и подава импулс към блок комутация за включване на следващата по ред група електролизерни клетки. Свързаната група електролизерни клетки с преобразувателя на електрическа енергия започва генерирането на водород и кислород. Процесът продължава, докато се обходят всички, η на брой, групи електролизерни клетки, и започва отначало.66016 The transmitter output energy read by sensors whose connections are not shown in the figure, the control unit determines the frequency with which the individual groups of electrolyzer cells switch, the need for combining them into subgroups and the combination for subgrouping, and generates a control impulse with a definite duration to a switching unit that connects the first group of PEM electrolytic cells (ECs) to the electrical converter. The electricity from the converter is fed to the first group of electrolyzer cells (ECs), which starts generating hydrogen and oxygen until all other groups of cells are operational. After the first cell group of cells has elapsed, the control unit generates a signal to shut it down and sends an impulse to the switching unit to activate the next group of cells. The coupled group of electrolytic cells with the power converter starts generating hydrogen and oxygen. The process continues until all, by number, groups of electrolyzer cells are bypassed and started over.

Блокът за управление непрекъснато следи за параметрите на електрическата енергия на изхода на преобразувателя и обновява честотата на превключване на отделните групи електролизерни клетки, необходимостта от комбинирането им в подгрупи, комбинацията за подгрупирането и продължителността на подавания импулс към блок комутация.The control unit continuously monitors the electrical parameters at the output of the converter and updates the switching frequency of the individual groups of electrolyzer cells, the need for combining them into subgroups, the combination for the subgroup and the duration of the impulse delivered to the switching unit.

Claims (2)

Патентни претенцииClaims 1. Метод за производство на водород и кислород, включващ подаване на импулсно захранване към РЕМ-електролизерни клетки от генератор на електрическа енергия (1) през последователно свързан към него преобразувател на електрическа енергия (2) и блок за управление (5), характеризиращ се с това, че в зависимост от параметрите на входната електрическа енергия блокът за управление (5) определя честота на импулсно захранване по-голяма от 18 Hz, с която се превключват РЕМ-електролизерните клетки и в зависимост от продължителността на захранващите електрически импулси и необхо димостта от групиране или прегрупиране на РЕМелектролизерните клетки, блокът за управление (5) формира управляващ импулс с определена продължителност, който подава към блок комутация (3), а той свързва първата група РЕМ-електролизерни клетки (ЕК]) с преобразувателя на електрическа енергия (2), при което първата група РЕМ-електролизерни клетки (EKj) започва генериране на водород и кислород, докато останалите групи РЕМ-електролизерни клетки (EKj.-.EkJ не работят, като след изтичане на времето на работата на първата група РЕМ-електролизерни клетки (ЕК]) блокът за управление (5) формира сигнал за нейното изключване и подава сигнал към блока комутация (3) за включване на следващата по ред група РЕМ-електролизерни клетки (EKj-.EkJ, която след свързване с преобразувателя на електрическа енергия (2) започва генериране на водород и кислород, при което процесът продължава докато се обходят всички η на брой РЕМ-електролизерни клетки, след което стартира отново.A method for the production of hydrogen and oxygen, comprising pulse supplying to PEM electrolytic cells from an electric power generator (1) through a power converter connected thereto (2) and a control unit (5), characterized by in that, depending on the parameters of the input electrical power, the control unit (5) determines a pulse power frequency greater than 18 Hz, by which the PEM electrolyzer cells are switched, and depending on the duration of the supply electr. and the need for clustering or regrouping of REMelectrolyzer cells, the control unit (5) forms a control pulse of a definite duration, which feeds to the switching unit (3), and it connects the first group of PEM electrolyzer cells (EC) with the converter of electricity (2), wherein the first group of PEM electrolyzer cells (EKj) starts generating hydrogen and oxygen, while the other groups of PEM electrolyzer cells (EKj .-. EkJ do not work, after the expiration of the first one group of PEM-el control cells (EC) The control unit (5) generates a signal for switching it off and sends a signal to the switching unit (3) for switching on the next group of PEM electrolyzer cells (EKj-.EkJ), which after connecting to the electrical converter energy (2) starts generating hydrogen and oxygen, during which the process continues until all η of the number of PEM electrolyzer cells is bypassed and then restarted. 2. Устройство за производство на водород и кислород, включващо източник на електрическа енергия (1), последователно свързан с преобразувател на електрическа енергия (2), към който е включен блок комутация (3), който е включен от една страна последователно към блока електролизерни клетки (4), а от друга страна към блока за управление (4), характеризиращо се с това, че блокът електролизерни клетки (4) се състои от групи РЕМ-електролизерни клетки (Ек ...ЕкД като всяка група включва поне една РЕМ-електролизерна клетка, при което групите са свързани от една страна към блок комутация (3), а от друга страна посредством общ извод към преобразувателя на електрическа енергия (2).2. An apparatus for producing hydrogen and oxygen, comprising an electrical source (1) connected in series to an electrical converter (2) to which a switching unit (3) is connected, connected in series to the electrolytic cell unit cells (4) and, on the other hand, to the control unit (4), characterized in that the cell electrolyzer cells (4) consists of groups of PEM electrolyzer cells (Eq ... EkD, each group including at least one PEM -electrolyzer cell, wherein the groups are linked by one side to the block switching (3) and, on the other hand via a common terminal to the converter of electric energy (2).
BG10109970A 2007-10-02 2007-10-02 Method and device for production of hydrogen and oxygen BG66016B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG10109970A BG66016B1 (en) 2007-10-02 2007-10-02 Method and device for production of hydrogen and oxygen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG10109970A BG66016B1 (en) 2007-10-02 2007-10-02 Method and device for production of hydrogen and oxygen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BG109970A BG109970A (en) 2009-04-30
BG66016B1 true BG66016B1 (en) 2010-10-29

Family

ID=40809971

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG10109970A BG66016B1 (en) 2007-10-02 2007-10-02 Method and device for production of hydrogen and oxygen

Country Status (1)

Country Link
BG (1) BG66016B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012158062A1 (en) * 2011-05-13 2012-11-22 Itkin German Evseevich Method for carrying out electrolysis and device for carrying out said method
WO2013095194A1 (en) * 2011-12-23 2013-06-27 Itkin German Evseevich Energy-saving method for conducting electrolysis

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012158062A1 (en) * 2011-05-13 2012-11-22 Itkin German Evseevich Method for carrying out electrolysis and device for carrying out said method
RU2475569C2 (en) * 2011-05-13 2013-02-20 Герман Евсеевич Иткин Method of conducting electrolysis and apparatus for realising said method
WO2013095194A1 (en) * 2011-12-23 2013-06-27 Itkin German Evseevich Energy-saving method for conducting electrolysis

Also Published As

Publication number Publication date
BG109970A (en) 2009-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105164909B (en) DC-AC conversion methods
AU2022201235B2 (en) Electrolytic cell in the form of a capacitor of cylindrical plates
JP6058205B2 (en) Electrolysis stack and electrolysis device
CA2257302A1 (en) Method and apparatus for commencing operation of a fuel cell electric power generation system below the freezing temperature of water
CN103806014A (en) Proton exchange membrane water electrolysis device
MXPA04007070A (en) Method and apparatus for monitoring equivalent series resistance and for shunting a fuel cell.
CN113629757A (en) Energy storage device, energy storage device control method and photovoltaic system
CN113235121B (en) Hybrid multi-tank hydrogen production system and control method thereof
US9509030B2 (en) Power management system for a microbial fuel cell and microbial electrolysis cell coupled system
KR20220066270A (en) Systems and methods for electrochemical processes
CN103795287A (en) Bipolar pulse power supply used for generating low-temperature plasma
BG66016B1 (en) Method and device for production of hydrogen and oxygen
CN202906774U (en) High-power photovoltaic inverter with automatic power-off auxiliary power supply circuit
WO2003021700A1 (en) Power generating element using volcanic ash and its controller
US10106901B2 (en) Scalable energy demand system for the production of hydrogen
CN113422383A (en) System and method for processing excess electric energy of hydropower station
CN108988377B (en) New energy environmental protection engineering system
US20230023539A1 (en) Method for producing hydrogen and oxygen by means of an electrolyzer
CN205356181U (en) A dc -to -ac converter for photovoltaic power generation system and electric energy repayment
CN212969154U (en) Small power supply system for diesel generating set
CN218940965U (en) Novel seven-level inverter
CN214154097U (en) Distributed power supply system for lithium extraction and desorption groove
CN214314585U (en) Photovoltaic power generation grid-connected system
CN102983718B (en) The power-switching circuit of multiple input waveform can be supported
CN209344798U (en) Control system for energy-storage module