Пристрій автоматичного управління процесом електролізу води для одержання водню та кисню

Изобретение относится к устройствам, использующим в процессах электролиза воды для получения водорода и кислорода для газопламенной сварки и пайки и может быть использовано для резки металлов, напыления, обработки кислородно-водородным пламенем, в бытовых условиях, для выполнения сантехнических работ и т.п. Основным недостатком устройств для электролиза воды является нестабильность режима работы вследствие того, что в процессе эксплуатации электролизера достаточно быстро изменяются такие его параметры, как давление и температура, а вместе с ними и электропроводность. Необходимость стабилизации давления, температуры, а также тока объясняется тем, что с этими параметрами неразрывно связаны безопасность эксплуатации и производительность устройств. Создание систем, обеспечивающих безопасность и достаточно высокую производительность привело к усложнению устройств для автоматического управления работой электролизера. Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату при использовании является устройство автоматического управления процессом электролизера воды для получения водорода и кислорода, содержащее блок питания, соединенный с электролизером, датчик давления, датчик тока и блок управления (см.: А.с. СССР №1699734, кл. B23K5/00, 7/00, от 13.09.89, авторы Вердиев М.Г., Мамаев К.М., Гаджиев Н.Г. и др.). Выход датчика давления соединен с первым входом блока управления, выход которого подключен к управляемому выпрямителю, последовательно соединенного с датчиком тока электролизера, выход датчика тока через первый компаратор подключен ко второму входу блока управления, входы питания датчика давления и блока управления соединены с блоком питания. Предлагаемое устройство, по мнению авторов, позволяет конструировать электролизеры с малыми габаритами и малой газовой камерой при относительно большой производительности. Однако в схеме устройства используется датчик давления, который сложен в изготовлении и не надежен в работе. Кроме того, используемая схема управления инерционна. Оптимальный режим работы электролизера устанавливается медленно по мере того, как повышается температура электролита. Для электролизеров большой производительности это время может оказаться довольно значительным, особенно в условиях низких температур окружающей среды. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства автоматического управления процессом электролиза воды для получения водорода и кислорода, содержащего блок питания, соединенный с электролизером, датчик давления, датчик тока и блок управления, в котором, вследствие включения в электронный блок управления входного дифференциального каскада, блока защиты, генератора пилообразных импульсов, а также нуль-органа, и включения электронного шунта таким образом, что он делит все пластины электролизера в отношении где - общее количество пластин электролизера, а - шунтир уемое количество пластин, обеспечивается возможность стабилизации интегрального значения тока, протекающего через электролизер в заданных пределах. Это обеспечивает работу электролизера в оптимальном режиме, повышает его производительность в широком интервале температур электролита и окружающей среды. При этом отношение равное 0,4 ... 0,5 выбирают для работы при температуре окружающей среды преимущественно в интервале - 20°C ... + 5°C, а интервал 0,2 ... 0,3 выбирают для работы при температуре окружающей среды преимущественно 20 ... 50°C. Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве автоматического управления процессом электролиза воды для получения водорода и кислорода, содержащего блок питания, соединенный через датчик тока с электролизером, датчик давления и блок управления, согласно изобретению, электронный блок управления содержит входной дифференциальный каскад, блок защиты, генератор пилообразных импульсов и нуль-орган, которые соединены с датчиком температуры, электронным шунтом и электронным вентилем, при этом датчик тока соединен со входами входного дифференциального каскада и блока защиты, третий вход блока защиты соединен с вы ходом нуль-органа, входы которого соединены с генератором пилообразных импульсов и входным дифференциальным каскадом, четвертый вход блока защиты соединен с датчиком температуры, а пятый - с датчиком давления, первый и второй выходы блока защиты соединены со входами электронного шунта, третий и четвертый выходы блока защиты соединены со входами управляющего вентиля, шунт делит пластины электролизера в отношении где - общее количество пластин электролизера, а - шунтируемое количество пластин электролизера, а управляющий вентиль подключен к одной из крайних пластин электролизера. Соединение датчика тока через входной дифференциальный каскад и блок защиты с электронным шунтом обеспечивает возможность регулирования тока, протекающего через пластины электролизера, таким образом, что выход на оптимальный режим обеспечивается через несколько минут после начала работы электролизера, в среднем за 10 ... 20 минут. Электронный блок управления, включающий входной дифференциальный каскад, нуль-орган и генератор пилообразных импульсов обеспечивает стабилизацию тока в каждом полупериоде, что дает возможность держать ток в заданных пределах независимо от колебаний напряжения питающей сети. Входящий в состав электронного блока управления блок защиты блокирует подачу напряжения на пластины электролизера в случае опасного изменения давления или температуры. На чертеже (фиг.) показана принципиальная схема устройства. Устройство автоматического управления процессом электролизера воды для получения водорода и кислорода содержит блок 1 питания, первый выход которого соединен с электронным блоком управления, включающим генератор 3 пилообразных импульсов, нуль-орган 3, входной дифференциальный каскад 4 и блок защиты 5. Между блоком 1 питания и электролизером 6 включен датчик тока 7. Устройство также содержит электронный шунт 8 и управляющий вентиль 9, а также датчик 10 и датчик температуры 11. Как показано на принципиальной схеме, датчик тока 7 соединен в электронном блоке управления с входным дифференциальным каскадом 4 и блоком защиты 5. Нуль-орган 3 соединен с генератором пилообразных импульсов 2 и входным дифференциальным каскадом 4, а входы блока защиты 5 соединены с датчиком тока 7, а также с нуль-органом 3, датчиком температуры 11 и давления 10. Выходы электронного блока управления через блок защиты 5 соединены с электронным шунтом 8 и управляющим вентилем 9. При работе в зоне среднегодовых температур окружающей среды около 15 ... 20°C отношение n/N следует выбрать порядка 0,2, а при работе в зоне среднегодовых температур окружающей среды около 0°C отношение n/N следует выбрать порядка 0,5°C. Устройство работает следующим образом. Сигналы от датчика давления 11 и датчика 7 поступают на входной дифференциальный каскад 4 и блок защиты 5. Входной дифференциальный каскад 4 преобразует эти сигналы. Преобразованные во входном дифференциальном каскаде 4 сигналы поступают на нуль-орган 3, на который поступают также сигналы от генератора пилообразных импульсов 2. В нуль-органе 3 происходит сравнение сигналов, поступающи х от входного дифференциального каскада 4 и генератора пилообразных импульсов 3. Результирующий сигнал через блок 5 защиты поступает на электронный шунт 8. Если сигнал, поступающий от датчика тока 7 меньше оптимального, то сигнал, поступающий на электронный шунт 8 увеличивает его проводимость. Если сигнал, поступающий от датчика тока 7 больше оптимального, но меньше критического, то сигнал, поступающий к электронному шун ту 8, уменьшает его проводимость. В результате в электролизере поддерживается ток в заданных пределах. В случае, если сигнал, поступающий от датчика тока 7 на блок защиты 5, выше критического (интегральный ток через пластины электролизера 6 выше предельно допустимого), то блок защиты 5 блокирует подачу управляющи х сигналов на электронный шунт 8 и электронный вентиль 9. При этом ток через электролизер не протекает. В случае, если давление в электролизере поднимается выше заданного (уменьшится или прекратится отбор газовой смеси), сигнал от датчика давления 10 поступает на блок защиты 5. Блок защиты 5 блокирует подачу управляющи х сигналов на электронный шунт 8 и электронный вентиль 9. При этом ток через электролизер 6 не проходит. При уменьшении давления сигнал от датчика давления 10 на блок защиты 5 не поступает, автоматически снимается блокировка на сигналы, поступающие на электронный шунт 8 и электронный вентиль 9. Через электролизер 6 вновь протекает ток. При нагреве электролита в электролизере до температуры выше допустимой на блок защиты 5 поступают соответствующие сигналы от датчика температуры 11, которые после обработки блоком защиты поступают на электронный шунт 6 и электронный вентиль 9. В случае повышения температуры электролита выше допустимого предела блок защиты 5 блокирует подачу управляющего сигнала на электронный шунт 8 и электронный вентиль 9. Как видно из изложения сущности заявляемого решения и описания примера конкретного выполнения, предлагаемое решение обеспечивает минимизацию времени выхода на оптимальный режим работы электролизера, что увеличивает его производительность. Предлагаемое устройство автоматического управления работой электролизера обеспечивает стабилизацию этого режима, а также повышенную безопасность и надежность устройства.