RU2508419C1 - Apparatus for electrolysis of water under pressure and method for operation thereof - Google Patents

Apparatus for electrolysis of water under pressure and method for operation thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2508419C1
RU2508419C1 RU2012124752/04A RU2012124752A RU2508419C1 RU 2508419 C1 RU2508419 C1 RU 2508419C1 RU 2012124752/04 A RU2012124752/04 A RU 2012124752/04A RU 2012124752 A RU2012124752 A RU 2012124752A RU 2508419 C1 RU2508419 C1 RU 2508419C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
hydrogen
oxygen
receivers
pressure
Prior art date
Application number
RU2012124752/04A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012124752A (en
Inventor
Игорь Петрович Терентьев
Андрей Николаевич Щербаков
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
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 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority to RU2012124752/04A priority Critical patent/RU2508419C1/en
Publication of RU2012124752A publication Critical patent/RU2012124752A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2508419C1 publication Critical patent/RU2508419C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Abstract

FIELD: chemistry.SUBSTANCE: invention relates to an apparatus for electrolysis of water under pressure, which consists of an electrolysis cell with a water feed line connected to a supply unit, which is electrically connected to a control unit, receivers connected to the electrolysis cell through hydrogen and oxygen lines for accumulating hydrogen and oxygen, said receivers being fitted with hydrogen and oxygen pressure sensors, electrically connected to the control unit, valves for releasing hydrogen and oxygen from the apparatus fitted on the hydrogen and oxygen lines; each receiver is equipped with a water filling line, a water draining line and a sensor for measuring the amount of water, wherein the water filling and draining lines are fitted with valves, and the sensor for measuring the amount of water and the valves on the water draining lines are electrically connected to the control unit. The invention also relates to a method of operating the apparatus for electrolysis of water under pressure, which involves feeding water and electric current to the electrolysis cell, accumulating hydrogen and oxygen in the receivers, monitoring process parameters, levelling gas pressure and delivering the obtained gases to a consumer, wherein before the beginning of the operating cycle, the hydrogen and oxygen receivers are filled with water in amount of 15% to 30% of the volume of the corresponding receiver, and during operation, the amount of water is controlled, hydrogen and oxygen pressure is recorded and if the pressure drop of hydrogen and oxygen exceeds an allowable value, water is drained from that receiver where gas pressure is higher until pressure in the receivers levels.EFFECT: increasing cost-effectiveness of the apparatus by 15-20% by preventing loss of gases, high safety of operation by eliminating the possibility of mixing gases.3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электрохимии и может быть использовано в электролизных установках, работающих под давлением и содержащих ресиверы для накопления рабочих газов.The invention relates to electrochemistry and can be used in electrolysis plants operating under pressure and containing receivers for the accumulation of working gases.

Электролизные элементы этих установок содержат тонкие мембраны, на поверхности которых происходит электрохимическая реакция. Эти мембраны по условиям прочности работают при перепаде давлений газов не более нескольких десятков кПа, что требует специального выравнивания давлений рабочих газов при эксплуатации электролизных установок.The electrolysis elements of these plants contain thin membranes on the surface of which an electrochemical reaction occurs. These membranes, according to the strength conditions, operate at a gas pressure difference of not more than several tens of kPa, which requires special equalization of the working gas pressures during the operation of electrolysis plants.

Известны электролизные установки, в которых при их эксплуатации выравнивание давлений газов производится путем выпуска из установки того газа, давление которого выше. Для этого установки снабжены соответствующими клапанами (патенты Российской Федерации №2111285, 20.05.1998, МПК: С25В 1/12; №2102535, 20.01.1998, МПК: С25В 1/12; заявка JP 2006249496 (А), 14.09.2006, МПК: Н04В 7/26 (2006.01); Н04М 1/00 (2006.01); H04Q 7/38 (2006.01)). Однако в случае, когда вырабатываемые электролизером газы - водород и кислород - должны накапливаться в собственных ресиверах электролизной установки, этот способ регулирования ведет к потерям газов, т.е. снижает экономичность установки.Electrolysis plants are known in which during their operation the pressure equalization of gases is carried out by releasing from the installation the gas whose pressure is higher. For this installation, they are equipped with appropriate valves (patents of the Russian Federation No. 2111285, 05/20/1998, IPC: С25В 1/12; No. 2102535, 01/20/1998, IPC: С25В 1/12; application JP 2006249496 (A), 09/14/2006, IPC : Н04В 7/26 (2006.01); Н04М 1/00 (2006.01); H04Q 7/38 (2006.01)). However, in the case when the gases produced by the electrolyzer — hydrogen and oxygen — must accumulate in the own receivers of the electrolysis unit, this method of regulation leads to gas losses, i.e. reduces installation efficiency.

Известны также электролизные установки, в которых выравнивание давлений производится путем использования сепараторов электролизеров в качестве сообщающихся сосудов (например, ЕР 2014799 (А1), 14.01.2009, МПК: С25В 1/12 (2006.01), С25В 15/08 (2006.01), патент РФ №2219291, 20.12. 2003, МПК: С25В 1/04 (2006.01)). Сепараторы в количестве двух штук входят в состав электролизера и предназначены для отделения соответствующего газа - водорода или кислорода - из смеси газа и воды, поступающей из батареи электролизных ячеек. Вода в нижней части сепараторов под действием перепада давлений газов может перетекать из одного сепаратора в другой, компенсируя тем самым перепад давлений. Недостатком этих изобретений является то, что при большом перепаде давлений или при разгерметизации любой магистрали вся вода может перейти в один сепаратор, а затем произойдет смешение водорода и кислорода с образованием гремучего газа. Таким образом, эксплуатация таких электролизных установок недостаточно безопасна.Electrolysis plants are also known in which pressure equalization is carried out by using separators of electrolyzers as communicating vessels (for example, EP 2014799 (A1), 01/14/2009, IPC: C25B 1/12 (2006.01), C25B 15/08 (2006.01), patent RF №2219291, December 20, 2003, IPC: С25В 1/04 (2006.01)). Separators in the amount of two pieces are part of the electrolyzer and are designed to separate the corresponding gas - hydrogen or oxygen - from a mixture of gas and water coming from a battery of electrolysis cells. Water in the lower part of the separators under the influence of a differential pressure of gases can flow from one separator to another, thereby compensating for the differential pressure. The disadvantage of these inventions is that with a large pressure drop or when any line is depressurized, all water can pass into one separator, and then hydrogen and oxygen mix with the formation of detonating gas. Thus, the operation of such electrolysis plants is not safe enough.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является система выравнивания давлений в электролизере по патенту US 7097748 (B2), 29.08.2006, МПК: С25В 9/20 (2006.01), Н01М 8/06 (2006.01), Н01М 8/18 (2006.01), С25В 1/08 (2006.01), выбранная за прототип.Closest to the proposed technical solution is the pressure equalization system in the electrolyzer according to the patent US 7097748 (B2), 08/29/2006, IPC: С25В 9/20 (2006.01), Н01М 8/06 (2006.01), Н01М 8/18 (2006.01), C25B 1/08 (2006.01), selected for the prototype.

В патенте описана установка для электролиза воды под давлением, которая включает электролизер с линией подачи воды, подключенный к блоку питания, который электрически связан с блоком управления, подключенные к электролизеру по линиям водорода и кислорода два ресивера для хранения реакционной воды и части водорода и кислорода с установленными на них датчиками давления водорода и кислорода, аккумулятор газов для хранения другой части водорода и кислорода, клапаны выдачи водорода и кислорода из установки, расположенные на линиях водорода и кислорода, регулятор перепада давления в линиях водорода и кислорода. Вода подается в электролизер насосами из одного или двух ресиверов. Способ-прототип эксплуатации электролизной установки под давлением состоит в подаче воды и электрического тока в электролизер, накоплении водорода и кислорода в ресиверах, контроле параметров процесса, выравнивании давлений газов и последующей выдаче полученных газов потребителю. Выравнивание давлений газов в электролизной установке происходит с помощью сообщающихся по воде сосудов, регулятора давления газов и гибкой перегородки между водородом и кислородом внутри аккумулятора. Сообщающиеся по воде сосуды-ресиверы образованы линией воды, соединяющей между собой ресиверы и предназначенной для выравнивания уровней воды в ресиверах. Вода может перетекать между ресиверами самотеком или при помощи выравнивающего насоса. Выравнивание давления происходит за счет изменения объемов ресиверов путем перемещения воды из ресивера с большим давлением в ресивер с меньшим давлением.The patent describes an installation for electrolysis of water under pressure, which includes an electrolyzer with a water supply line connected to a power supply unit, which is electrically connected to the control unit, two receivers connected to the electrolyzer through hydrogen and oxygen lines for storing reaction water and part of hydrogen and oxygen with hydrogen and oxygen pressure sensors installed on them, a gas accumulator for storing another part of hydrogen and oxygen, valves for the release of hydrogen and oxygen from the installation, located on the hydrogen lines and oxygen, a differential pressure regulator in the lines of hydrogen and oxygen. Water is supplied to the electrolyzer by pumps from one or two receivers. The prototype method of operating an electrolysis installation under pressure consists in supplying water and electric current to the electrolysis cell, accumulating hydrogen and oxygen in the receivers, monitoring process parameters, equalizing gas pressures, and then delivering the resulting gases to the consumer. The equalization of gas pressures in the electrolysis unit is carried out using water-communicating vessels, a gas pressure regulator and a flexible partition between hydrogen and oxygen inside the battery. The receiver vessels communicating through water are formed by a water line connecting the receivers to each other and designed to level the water levels in the receivers. Water can flow between the receivers by gravity or by means of a leveling pump. Pressure equalization occurs by changing the volume of the receivers by moving water from the receiver with high pressure to the receiver with less pressure.

Регулятор давления газов, основанный на выпуске из установки газа с более высоким давлением. При выпуске части газа из линии с повышенным давлением происходит выравнивание давления.Gas pressure regulator, based on the release of gas from the installation with a higher pressure. When a part of the gas is released from the line with high pressure, pressure equalization occurs.

Гибкая перегородка между водородом и кислородом внутри аккумулятора при перепаде давлений изменяет свое положение и тем самым меняет соотношение объемов газов и выравнивает давления газов.The flexible partition between hydrogen and oxygen inside the accumulator changes pressure during a pressure differential and thereby changes the ratio of gas volumes and evens out gas pressures.

Недостатками электролизной установки и способа ее эксплуатации являются:The disadvantages of the electrolysis installation and its operation are:

- наличие сообщающихся по воде сосудов, как и в аналогах, которое может привести к тому, что при большом перепаде давлений или при разгерметизации любой магистрали вся вода может перейти в один ресивер, а затем произойдет смешение водорода и кислорода с образованием взрывчатой смеси. Это тем более вероятно, что в установке отсутствуют датчики количества воды в ресиверах;- the presence of vessels communicating through water, as in analogues, which can lead to the fact that with a large pressure drop or when any line is depressurized, all water can go into one receiver, and then hydrogen and oxygen mix with the formation of an explosive mixture. This is all the more likely that there are no sensors for the amount of water in the receivers in the installation;

- потеря части водорода или кислорода при срабатывании регулятора давления газов (например, для установки с давлением 35 МПа потеря газа из-за неравномерного роста давления при сжатии составляет 15-20% нарабатываемого газа);- loss of part of hydrogen or oxygen when the gas pressure regulator is triggered (for example, for an installation with a pressure of 35 MPa, gas loss due to an uneven increase in pressure during compression is 15-20% of the produced gas);

- возможность взрыва образующегося гремучего газа в случае повреждения гибкой перегородки, примененной в аккумуляторе газов и разделяющей взрывоопасные газы - водород и кислород, находящиеся при высоком давлении.- the possibility of explosion of the resulting detonating gas in case of damage to the flexible partition used in the gas accumulator and separating explosive gases - hydrogen and oxygen, which are at high pressure.

Задача изобретения состоит в устранении вышеперечисленных недостатков прототипа и в том, чтобы в процессе эксплуатации установки для электролиза воды, при накоплении газов в собственных ресиверах установки производить выравнивание давлений газов путем изменения газовых объемов ресиверов за счет управляемого слива из них заранее залитой воды.The objective of the invention is to eliminate the above disadvantages of the prototype and that during operation of the installation for water electrolysis, with the accumulation of gases in the unit’s own receivers, equalize the gas pressures by changing the gas volumes of the receivers by controlled discharge of pre-filled water from them.

Техническим результатом изобретения является повышение экономичности установки на 15-20 процентов за счет исключения потерь газов, а также повышение безопасности ее эксплуатации за счет исключения возможности смешения газов.The technical result of the invention is to increase the efficiency of the installation by 15-20 percent by eliminating the loss of gases, as well as increasing the safety of its operation by eliminating the possibility of mixing gases.

Технический результат достигается тем, что в установке для электролиза воды под давлением, состоящей из электролизера с линией подачи воды, подключенного к блоку питания, который электрически связан с блоком управления, подключенных к электролизеру по линиям водорода и кислорода ресиверов для накопления водорода и кислорода с установленными на них датчиками давления водорода и кислорода, электрически связанных с блоком управления, клапанов выдачи водорода и кислорода из установки, расположенных на линиях водорода и кислорода, каждый ресивер снабжен линией заправки воды, линией слива воды и датчиком количества воды, при этом на линиях заправки и слива воды установлены клапаны, а датчики количества воды и клапаны на линиях слива воды электрически связаны с блоком управления.The technical result is achieved by the fact that in the installation for electrolysis of water under pressure, consisting of an electrolyzer with a water supply line connected to a power supply unit, which is electrically connected to a control unit connected to the electrolyzer through hydrogen and oxygen lines of receivers for the accumulation of hydrogen and oxygen with installed on them pressure sensors of hydrogen and oxygen, electrically connected to the control unit, valves for the release of hydrogen and oxygen from the installation, located on the lines of hydrogen and oxygen, each p The receiver is equipped with a water filling line, a water drain line and a water quantity sensor, while valves are installed on the water filling and drain lines, and water quantity sensors and valves on the water drain lines are electrically connected to the control unit.

Кроме того, один из ресиверов снабжен линией подачи воды в электролизер с клапаном, электрически связанным с блоком управления, при этом электролизер располагается по уровню ниже данного ресивера.In addition, one of the receivers is equipped with a water supply line to the electrolyzer with a valve electrically connected to the control unit, while the electrolyzer is located at a level below this receiver.

Технический результат достигается также за счет того, что в способе эксплуатации установки для электролиза воды под давлением, состоящем в подаче воды и электрического тока в электролизер, накоплении водорода и кислорода в ресиверах, контроле параметров процесса, выравнивании давлений газов и последующей выдаче полученных газов потребителю, перед началом цикла работы ресиверы водорода и кислорода заполняют водой от 15% до 30% объема соответствующего ресивера, а в процессе работы контролируют количество воды в ресиверах, регистрируют давление водорода и кислорода в соответствующих ресиверах и в случае превышения допустимого перепада давлений водорода и кислорода производят слив воды из того ресивера, где давление газа выше, до выравнивания давлений в ресиверах.The technical result is also achieved due to the fact that in the method of operation of the installation for electrolysis of water under pressure, which consists in supplying water and electric current to the electrolyzer, the accumulation of hydrogen and oxygen in the receivers, monitoring the process parameters, equalizing the gas pressures and subsequent delivery of the obtained gases to the consumer, before the start of the work cycle, the hydrogen and oxygen receivers fill with water from 15% to 30% of the volume of the corresponding receiver, and during the work, the amount of water in the receivers is controlled, the pressure is recorded ix hydrogen and oxygen in the respective receivers, and in case of exceeding the permissible differential pressures of hydrogen and oxygen produces water draining from the receiver, where the gas pressure is higher before the pressure equalization in the receiver.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема предлагаемой установки для электролиза воды под давлением.The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of the proposed installation for electrolysis of water under pressure.

Она включает в себя электролизер 1 с линией подачи воды 6, подключенный к блоку питания 24, который электрически связан с блоком управления 9, подключенных к электролизеру 1 по линиям водорода 4 и кислорода 5 ресиверов для накопления водорода 2 и кислорода 3 с установленными на них датчиками давления водорода 7 и кислорода 8, электрически связанных с блоком управления 9, клапанов выдачи водорода 10 и кислорода 11 из установки, расположенных на линиях водорода 4 и кислорода 5. Каждый ресивер 2 и 3 снабжен линией заправки воды 12 и 13, линией слива воды 16 и 17 и датчиком количества воды 20 и 21, при этом на линиях заправки воды 12 и 13 установлены клапаны 14 и 15 соответственно, на линиях слива воды 16 и 17 установлены клапаны 18 и 19 соответственно, а датчики количества воды 20, 21 и клапаны 18, 19 электрически связаны с блоком управления. Электропитание электролизера 1 и блока управления 9 производится от блока питания 24. Датчики давления 7 и 8, датчики количества воды 20 и 21, а также клапаны 18, 19, 23 соединены электрически с блоком управления 9. Клапаны 10, 11, 14, 15 управляются вручную.It includes an electrolyzer 1 with a water supply line 6 connected to a power supply 24, which is electrically connected to a control unit 9, connected to the electrolyzer 1 through lines of hydrogen 4 and oxygen 5 receivers for the accumulation of hydrogen 2 and oxygen 3 with sensors installed on them the pressure of hydrogen 7 and oxygen 8, electrically connected to the control unit 9, valves for the release of hydrogen 10 and oxygen 11 from the installation, located on the lines of hydrogen 4 and oxygen 5. Each receiver 2 and 3 is equipped with a water filling line 12 and 13, a drain line 16 and 17 and a water quantity sensor 20 and 21, while valves 14 and 15 are installed on the water supply lines 12 and 13, respectively, valves 18 and 19 are installed on the water discharge lines 16 and 17, and water quantity sensors 20, 21 and valves 18, 19 are installed electrically connected to the control unit. The electrolyzer 1 and the control unit 9 are supplied with power from the power supply 24. Pressure sensors 7 and 8, water quantity sensors 20 and 21, as well as valves 18, 19, 23 are electrically connected to the control unit 9. Valves 10, 11, 14, 15 are controlled manually.

Установка может содержать одну или две независимые линии для подачи воды в электролизер 1. Предпочтительной является подача воды из ресивера водорода 2 по линии 22 с клапаном 23. Кроме того, подача воды в электролизер 1 может производиться из внешней магистрали по линии подачи воды 6.The installation may contain one or two independent lines for supplying water to the electrolysis cell 1. It is preferable to supply water from the hydrogen receiver 2 through line 22 with valve 23. In addition, water can be supplied to the electrolyzer 1 from an external line through water supply line 6.

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

Перед началом цикла работы электролизер 1, блок управления 9 и блок питания 24 выключены, все клапаны закрыты, избыточное давление газов в ресиверах 2 и 3 небольшое или отсутствует, вода в них отсутствует или присутствует в небольшом количестве. Суммарный объем ресивера водорода 2 вместе с линией водорода 4 должен превосходить суммарный объем ресивера кислорода 3 вместе с линией кислорода 5 приблизительно вдвое, поскольку в этой пропорции распределяются объемы газов при электролизе воды.Before the start of the operation cycle, the electrolyzer 1, the control unit 9 and the power supply 24 are turned off, all the valves are closed, the overpressure of the gases in the receivers 2 and 3 is small or absent, there is no or little water in them. The total volume of the hydrogen receiver 2 together with the hydrogen line 4 should exceed the total volume of the oxygen receiver 3 together with the oxygen line 5 by about half, since the gas volumes are distributed in this proportion during electrolysis of water.

Цикл работы начинается с того, что включаются блок питания 24 и блок управления 9. Затем вручную открывают клапаны 14 и 15. Ресиверы 2 и 3 начинают заправляться водой по линиям 12 и 13. Объем воды в каждом ресивере после заправки должен составлять от 15 до 30% объема соответствующего ресивера. Количество воды в ресиверах 2 и 3 контролируют с помощью датчиков количества воды 20 и 21 соответственно и блока управления 9. После заполнения воды клапаны 14 и 15 закрывают.The work cycle begins by turning on the power supply 24 and the control unit 9. Then manually open the valves 14 and 15. Receivers 2 and 3 begin to fill with water along lines 12 and 13. The volume of water in each receiver after refueling should be from 15 to 30 % of the volume of the corresponding receiver. The amount of water in the receivers 2 and 3 is controlled using the sensors of the amount of water 20 and 21, respectively, and the control unit 9. After filling the water valves 14 and 15 are closed.

Затем включается подача воды в электролизер 1 по линии 22 (предпочтительно) или по линии 6 и включается электропитание электролизера 1 от блока питания 24. При этом водород по линии 4 начинает заполнять ресивер 2, а кислород по линии 5 - ресивер 3. Давления в линиях водорода и кислорода измеряются с помощью датчиков давлений 7 и 8 соответственно и связанного с ними блока управления 9.Then, the water supply to the electrolyzer 1 is turned on via line 22 (preferably) or along the line 6 and the power supply of the electrolyzer 1 is turned on from the power supply 24. In this case, hydrogen begins to fill the receiver 2 through line 4 and the receiver 3 begins to fill the oxygen through line 5. hydrogen and oxygen are measured using pressure sensors 7 and 8, respectively, and the associated control unit 9.

Из-за неидеальности сжатия разнородных газов между давлениями в ресиверах 2 и 3 возникает перепад давлений, который может приблизиться к допустимому пределу. Этот предел определяется прочностью элементов электролизера и обычно составляет около 50 кПа. При достижении этого предела блок управления 9 открывает клапан слива воды из того ресивера, давление в котором больше. Если давление в ресивере 2 превышает давление в ресивере 3, открывается клапан 18 и вода из ресивера 2 сливается из установки по линии 16. Как только давления в ресиверах сравняются, блок управления 9 закрывает клапан 18. Аналогично, если давление в ресивере 3 превышает давление в ресивере 2, открывается клапан 19 и вода из ресивера 3 сливается из установки по линии 17. В процессе работы постоянно контролируется количество воды в ресиверах 2 и 3 с помощью датчиков количества воды 20 и 21. Если вода в любом из ресиверов заканчивается, электролизер 1 по команде блока управления 9 выключается. Если давление газов в ресиверах по датчикам давления 7 или 8 достигает предельно допустимого, электролизер 1 также выключается. Процесс управления сливом воды ведут таким образом, чтобы к моменту достижения предельного давления в одном из ресиверов, обычно в ресивере водорода, оставалось минимальное количество воды. Для слива излишне заправленной воды могут одновременно открываться оба клапана 18 и 19.Due to the non-ideal compression of dissimilar gases between the pressures in receivers 2 and 3, a pressure drop occurs, which may approach the allowable limit. This limit is determined by the strength of the cells and is usually about 50 kPa. When this limit is reached, the control unit 9 opens the water drain valve from the receiver, the pressure of which is greater. If the pressure in the receiver 2 exceeds the pressure in the receiver 3, the valve 18 opens and the water from the receiver 2 is discharged from the unit via line 16. As soon as the pressure in the receivers is equal, the control unit 9 closes the valve 18. Similarly, if the pressure in the receiver 3 exceeds the pressure in receiver 2, valve 19 opens and water from the receiver 3 is discharged from the unit through line 17. During operation, the amount of water in the receivers 2 and 3 is constantly monitored using water quantity sensors 20 and 21. If the water in any of the receivers runs out, the electrolyzer 1 coma Nde control unit 9 is turned off. If the gas pressure in the receivers by pressure sensors 7 or 8 reaches the maximum permissible, the cell 1 is also turned off. The process of managing water discharge is carried out in such a way that by the time the maximum pressure is reached in one of the receivers, usually in a hydrogen receiver, a minimum amount of water remains. To drain excessively charged water, both valves 18 and 19 can open simultaneously.

Количество первоначально заправляемой воды зависит от предельного давления газов и точного соотношения объемов ресиверов. Для реальных (неидеальных) газов расчет показывает, что давление водорода при электролизе растет быстрее, чем давление кислорода. При соотношении объемов ресиверов 2:1 и достижении давления водорода, например, 35 МПа давление кислорода составит 30 МПа, т.е. для выравнивания давлений необходимо, чтобы к этому моменту в ресивере кислорода оставался объем воды, равный 16% от объема ресивера, а в ресивере водорода вода должна быть слита полностью. Если соотношение объемов ресиверов иное, чем 2:1, например 2,3:1, объем слитой из обоих ресиверов воды к концу процесса будет примерно равным. Поэтому точное количество заливаемой в ресиверы воды устанавливается в процессе испытаний конкретной установки.The amount of initially refilled water depends on the ultimate gas pressure and the exact ratio of receiver volumes. For real (non-ideal) gases, the calculation shows that the hydrogen pressure during electrolysis increases faster than the oxygen pressure. When the volume ratio of the receivers is 2: 1 and the hydrogen pressure is reached, for example, 35 MPa, the oxygen pressure will be 30 MPa, i.e. For pressure equalization, it is necessary that by this moment the volume of water equal to 16% of the volume of the receiver remain in the oxygen receiver, and the water should be completely drained in the hydrogen receiver. If the volume ratio of the receivers is other than 2: 1, for example 2.3: 1, the volume of water drained from both receivers by the end of the process will be approximately equal. Therefore, the exact amount of water poured into the receivers is established during the testing of a particular installation.

Воду, сливаемую из одного из ресиверов, целесообразно, хотя и не обязательно, использовать в электролизере для выработки газов. Это существенно упрощает схему подачи воды, поскольку ресиверы и электролизер находятся под одним и тем же давлением. Для реализации этой схемы электролизер должен располагаться ниже уровня воды в ресивере, а установка должна быть снабжена линией подачи воды 22 в электролизер 1 с клапаном 23, связанным с блоком управления 9. Для выработки водорода и кислорода с максимальным давлением 35 МПа в одном цикле работы электролизеру требуется количество воды, равное 25% от объема ресивера водорода. Поэтому целесообразно заправить в ресиверы несколько больше, к примеру 30% воды, и в процессе работы большую часть воды подавать в электролизер из ресивера водорода, а остальную воду использовать для точного регулирования давлений.It is advisable, although not necessary, to use water discharged from one of the receivers in the electrolyzer to produce gases. This greatly simplifies the water supply scheme, since the receivers and the electrolyzer are under the same pressure. To implement this scheme, the electrolyzer should be located below the water level in the receiver, and the installation should be equipped with a water supply line 22 to the electrolyzer 1 with a valve 23 connected to the control unit 9. To produce hydrogen and oxygen with a maximum pressure of 35 MPa in one operation cycle of the electrolyzer a quantity of water equal to 25% of the volume of the hydrogen receiver is required. Therefore, it is advisable to fill in the receivers a little more, for example 30% of the water, and in the process, most of the water should be supplied to the electrolyzer from the hydrogen receiver, and the rest of the water should be used for precise pressure control.

Клапаны 10 и 11 служат для выдачи водорода и кислорода внешним потребителям.Valves 10 and 11 are used to supply hydrogen and oxygen to external consumers.

Конструктивно линия 12 и клапан 14 могут быть объединены с линией 16 и клапаном 18, а линия 13 и клапан 15 с линией 17 и клапаном 19.Structurally, line 12 and valve 14 can be combined with line 16 and valve 18, and line 13 and valve 15 with line 17 and valve 19.

В качестве датчиков количества воды 20 и 21 могут использоваться датчики уровня любого типа или датчики веса в опорах ресиверов.As sensors for the amount of water 20 and 21, level sensors of any type or weight sensors in the supports of the receivers can be used.

Claims (3)

1. Установка для электролиза воды под давлением, состоящая из электролизера с линией подачи воды, подключенного к блоку питания, который электрически связан с блоком управления, подключенных к электролизеру по линиям водорода и кислорода ресиверов для накопления водорода и кислорода с установленными на них датчиками давления водорода и кислорода, электрически связанных с блоком управления, клапанов выдачи водорода и кислорода из установки, расположенных на линиях водорода и кислорода, отличающаяся тем, что каждый ресивер снабжен линией заправки воды, линией слива воды и датчиком количества воды, при этом на линиях заправки и слива воды установлены клапаны, а датчики количества воды и клапаны на линиях слива воды электрически связаны с блоком управления.1. Installation for electrolysis of water under pressure, consisting of an electrolyzer with a water supply line connected to a power supply unit, which is electrically connected to a control unit connected to the electrolyzer via hydrogen and oxygen lines of receivers for the accumulation of hydrogen and oxygen with hydrogen pressure sensors installed on them and oxygen electrically connected to the control unit, valves for the release of hydrogen and oxygen from the installation, located on the lines of hydrogen and oxygen, characterized in that each receiver is equipped with a line water filling, a water drain line and a water quantity sensor, while valves are installed on the water filling and drain lines, and water quantity sensors and valves on the water drain lines are electrically connected to the control unit. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что один из ресиверов снабжен линией подачи воды в электролизер с клапаном, электрически связанным с блоком управления, при этом электролизер располагается по уровню ниже данного ресивера.2. Installation according to claim 1, characterized in that one of the receivers is equipped with a water supply line to the electrolyzer with a valve electrically connected to the control unit, while the electrolyzer is located at a level below this receiver. 3. Способ эксплуатации установки для электролиза воды под давлением, состоящий в подаче воды и электрического тока в электролизер, накоплении водорода и кислорода в ресиверах, контроле параметров процесса, выравнивании давлений газов и последующей выдаче полученных газов потребителю, отличающийся тем, что перед началом цикла работы ресиверы водорода и кислорода заполняют водой от 15% до 30% объема соответствующего ресивера, а в процессе работы контролируют количество воды в ресиверах, регистрируют давление водорода и кислорода в соответствующих ресиверах и в случае превышения допустимого перепада давлений водорода и кислорода производят слив воды из того ресивера, где давление газа выше, до выравнивания давлений в ресиверах. 3. The method of operation of the installation for electrolysis of water under pressure, which consists in supplying water and electric current to the electrolysis cell, accumulating hydrogen and oxygen in the receivers, monitoring process parameters, equalizing gas pressures and subsequently delivering the obtained gases to the consumer, characterized in that before starting the operation cycle hydrogen and oxygen receivers fill with water from 15% to 30% of the volume of the corresponding receiver, and during operation they control the amount of water in the receivers, record the pressure of hydrogen and oxygen in accordance with vuyuschih receivers and in case of exceeding the permissible differential pressures of hydrogen and oxygen produces water draining from the receiver, where the gas pressure is higher before the pressure equalization in the receiver.
RU2012124752/04A 2012-06-14 2012-06-14 Apparatus for electrolysis of water under pressure and method for operation thereof RU2508419C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012124752/04A RU2508419C1 (en) 2012-06-14 2012-06-14 Apparatus for electrolysis of water under pressure and method for operation thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012124752/04A RU2508419C1 (en) 2012-06-14 2012-06-14 Apparatus for electrolysis of water under pressure and method for operation thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012124752A RU2012124752A (en) 2013-12-20
RU2508419C1 true RU2508419C1 (en) 2014-02-27

Family

ID=49784638

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012124752/04A RU2508419C1 (en) 2012-06-14 2012-06-14 Apparatus for electrolysis of water under pressure and method for operation thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2508419C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2102535C1 (en) * 1992-08-31 1998-01-20 Несте Ой Method of controlling pressure in electrolyzer, electrolyzer for producing hydrogen and oxygen (versions), and hydrogen-production electrolyzer
US7097748B2 (en) * 2002-04-23 2006-08-29 University Of Massachusetts Electrolyzer pressure equalization system
RU90796U1 (en) * 2009-11-03 2010-01-20 Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" HIGH PRESSURE HYDROGEN GENERATOR

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2102535C1 (en) * 1992-08-31 1998-01-20 Несте Ой Method of controlling pressure in electrolyzer, electrolyzer for producing hydrogen and oxygen (versions), and hydrogen-production electrolyzer
US7097748B2 (en) * 2002-04-23 2006-08-29 University Of Massachusetts Electrolyzer pressure equalization system
RU90796U1 (en) * 2009-11-03 2010-01-20 Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" HIGH PRESSURE HYDROGEN GENERATOR

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012124752A (en) 2013-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8557090B2 (en) High-pressure electrolysis installation and process for inertising an installation of this type
US4436793A (en) Control system for hydrogen generators
US8933701B2 (en) Mass distribution indication of flow battery state of charge
CN102453923A (en) Water electrolysis system
CN102340013B (en) Hydrogen filling system and method of operating the same
CN105862066B (en) High-pressure proton membrane water electrolysis device and method
WO2013066331A3 (en) Controlling cell-presssure balance and separator liquid level in an electrolyzer
JP2015048507A (en) Difference pressure type water electrolysis system control method
CA2944428A1 (en) Hydrogen gas generating system
TW201607135A (en) Redox flow battery
JP2012241252A (en) Water electrolysis system and method for operating the same
RU2508419C1 (en) Apparatus for electrolysis of water under pressure and method for operation thereof
KR20160067463A (en) Lithium-air battery system
RU90796U1 (en) HIGH PRESSURE HYDROGEN GENERATOR
JP4052426B2 (en) Gas generator
US20140363757A1 (en) Pressure adjustment unit and redox device having a pressure adjustment unit
JP5367673B2 (en) Control method of high pressure water electrolysis system
JP6544628B2 (en) Water electrolyzer
JP5033312B2 (en) Solid polymer water electrolyzer
CN113293394B (en) Water electrolysis system and water level error calculation device
JP7050851B2 (en) Hydrogen / oxygen generator and hydrogen gas manufacturing method
JP2002544395A (en) Water electrolysis tank pressure control system
JP2005248246A (en) Apparatus for generating hydrogen by water electrolysis accommodated in high-pressure vessel
JP6503054B2 (en) Electrolyzed water generating device, electrode unit, and electrolytic water generating method
US11118273B1 (en) Brine electrolysis system for producing pressurized chlorine and hydrogen gases