مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی عملکرد الکترولایزر تولید کننده گاز هیدروکسی با استفاده از سلول‌های خورشیدی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
سید مصطفی میرطبایی 1
رضا شهرکی شهدآبادی 2
1 رئیس گروه مطالعات علوم مهندسی دانشگاه افسری امام علی (ع)
2 دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی تهران
10.22034/MME.24.1.41
چکیده
هیدروژن به‌عنوان یک منبع جدید انرژی به شمار می‌رود. یکی از روش­های پرکاربرد تولید گاز هیدروژن، الکترولیز آب است. الکترولیز آب توسط الکترولایزر و با عبور جریان الکتریکی از میان مولکول­های آب، با استفاده از یک غشا بین سلولی باعث تجزیه مولکول­های آب به هیدروژن و اکسیژن می­شود. درصورتی‌که غشا بین سلولی حذف شود، گاز هیدروژن و اکسیژن مخلوط شده و گاز هیدروکسی تولید می­شود. این گاز که شامل مولکول­های هیدروژن و اکسیژن است به‌عنوان سوخت کمکی موردتوجه قرار گرفته است. به همین منظور در این پژوهش به طراحی و ساخت الکترولایزر چندسلولی تولیدکننده گاز هیدروکسی بدون غشا با استفاده از ورق استیل 316 پرداخته شده است. برای افزایش رسانایی آب از الکترولیت پتاسیم هیدروکساید استفاده شده و برای تأمین انرژی مصرفی موردنیاز الکترولایزر از سلول خورشیدی با توان­های مختلف استفاده گردید. سپس با انجام آزمایش‌های مختلف به‌کارگیری این فناوری با استفاده از انرژی خورشید مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج آزمایش‌ها نشان می­دهد که هر صفحه الکترولایزر دارای ولتاژ 2 الی 3 ولت است و باید تناسب لازم بین تعداد صفحات الکترولایزر و ولتاژ سلول وجود داشته باشد. تولید به‌ازای سطح سلول خورشیدی برای سه حالت مورد بررسی به ترتیب 1919، 4542.5 و 6919 لیتر بر مترمربع به دست آمد که نشان‌دهنده این است که مقادیر بهینه‌ای متناسب با سطح سلول و مساحت صفحات الکترولایزر وجود دارد که منجر به عبور جریان بهینه‌ای از دستگاه و عملکرد مناسب‌تر آن می‌شود.
کلیدواژه‌ها
الکترولایزر چندسلولی
گاز هیدروکسی
سلول خورشیدی
شدت مصرف انرژی
چگالی سطحی

موضوعات

عنوان مقاله English

Investigating the performance of hydroxy gas producing electrolyzer using solar cells

نویسندگان English

seyed Mostafa Mirtabaei 1
Reza Shahraki shahdabadi 2
1 Imam Ali Afsari University
2 PHD student of Khajeh Nasiruddin Toosi University in Tehran
چکیده English

Hydrogen is considered as a new source of energy. One of the most used methods of hydrogen gas production is water electrolysis. Electrolysis of water by an electrolyzer and by passing an electric current through water molecules, using an intercellular membrane causes the breakdown of water molecules into hydrogen and oxygen. If the intercellular membrane is removed, hydrogen gas and oxygen are mixed and hydroxy gas is produced. This gas, which includes hydrogen and oxygen molecules, has been considered as an auxiliary fuel. For this purpose, in this research, the design and construction of a multi-cell electrolyzer producing hydroxy gas without a membrane using 316 steel sheet has been discussed. To increase the conductivity of water, potassium hydroxide electrolyte was used, and solar panels with different powers were used to supply the required energy consumption of the electrolyzer. Then, by conducting various experiments, the application of this technology using solar energy has been investigated. The results of the tests show that each electrolyzer plate has a voltage of 2 to 3 volts and there must be a proper proportion between the number of electrolyzer plates and the voltage of the panels. The production per solar panel surface for the three studied conditions was obtained as 1919, 4542.5 and 6919 liters per square meter, respectively, which indicates that there are optimal values corresponding to the panel surface and the area of the electrolyzer plates, which leads to an optimal current passing. It becomes more appropriate from the device and its performance.

کلیدواژه‌ها English

Multi-Cell Electrolyzer
Hydroxy Gas
Solar panel
Intensity of Energy Consumption
Surface Density
1. Edwards PP, Kuznetsov VL, David WI, Brandon NP. Hydrogen and fuel cells: towards a sustainable energy future. Energy policy. 2008;36(12):4356-62.
2. Hijikata T. Research and development of international clean energy network using hydrogen energy (WE-NET). International journal of hydrogen energy. 2002;27(2):115-29.
3. Dresselhaus M, Thomas I. Alternative energy technologies. Nature. 2001;414(6861):332-7.
4. Momirlan M, Veziroglu TN. The properties of hydrogen as fuel tomorrow in sustainable energy system for a cleaner planet. International journal of hydrogen energy. 2005;30(7):795-802.
5. Carmo M, Fritz DL, Mergel J, Stolten D. A comprehensive review on PEM water electrolysis. International journal of hydrogen energy. 2013;38(12):4901-34.
6. Turner JA. A realizable renewable energy future. Science. 1999;285(5428):687-9.
7. Acar C, Dincer I. Comparative assessment of hydrogen production methods from renewable and non-renewable sources. International journal of hydrogen energy. 2014;39(1):1-12.
8. Sudrajat A, Handayani EM, Tamaldin N, Yamin AKM, editors. Principle of generator HHO hybrid multistack type production technologies to increase HHO gas volume. SHS Web of Conferences; 2018: EDP Sciences.
9. Baltacioglu MK, Arat HT, Özcanli M, Aydin K. Experimental comparison of pure hydrogen and HHO (hydroxy) enriched biodiesel (B10) fuel in a commercial diesel engine. International Journal of Hydrogen Energy. 2016;41(19):8347-53.
10. Drogui P, Elmaleh S, Rumeau M, Bernard C, Rambaud A. Hydrogen peroxide production by water electrolysis: application to disinfection. Journal of applied electrochemistry. 2001;31(8):877-82.
11. Prisecaru T, Dica C, Teodorescu M, Prisecaru M, Mihaescu L, Berbece V. Experimental validation of an HHO gas cutting flame CFD model. Technology. 2004;46:41-7.
12. Mizuno T, Akimoto T, Azumi K, Ohmori T, Aoki Y, Takahashi A. Hydrogen evolution by plasma electrolysis in aqueous solution. Japanese Journal of Applied Physics. 2005;44(1R):396.
13. Shimizu N, Hotta S, Sekiya T, Oda O. A novel method of hydrogen generation by water electrolysis using an ultra-short-pulse power supply. Journal of applied electrochemistry. 2006;36(4):419-23.
14. Kelly P. A Practical Guide to ‘Free-Energy’Devices. Part; 2010.
15. Mandal B, Sirkar A, Shau A, De P, Ray PS. Effects of geometry of electrodes and pulsating DC input on water splitting for production of hydrogen. International Journal of Renewable Energy Research (IJRER). 2012;2(1):99-102.
16. Kaya MF, Demir N, Albawabiji MS, Taş M. Investigation of alkaline water electrolysis performance for different cost effective electrodes under magnetic field. International Journal of Hydrogen Energy. 2017;42(28):17583-92.
17. Choi B, Panthi D, Nakoji M, Tsutsumi K, Tsutsumi A. Design and performance evaluation of a novel 1 kW-class hydrogen production/power generation system. Applied Energy. 2017;194:296-303.
18. Vincent I, Choi B, Nakoji M, Ishizuka M, Tsutsumi K, Tsutsumi A. Pulsed current water splitting electrochemical cycle for hydrogen production. International Journal of Hydrogen Energy. 2018;43(22):10240-8.
19. Efendi S, Nurisma RA, editors. Karakteristik Performa Generator Oxyhydrogen Tipe Dry Cell dengan Penambahan Katalis Kalium Hidroksida. Prosiding SENTIKUIN (Seminar Nasional Teknologi Industri, Lingkungan dan Infrastruktur); 2019.
20. Bow Y, Dewi T, editors. HHO gas generation in hydrogen generator using electrolysis. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science; 2019: IOP Publishing.
21. Salek F, Zamen M, Hosseini SV. Experimental study, energy assessment and improvement of hydroxy generator coupled with a gasoline engine. Energy Reports. 2020;6:146-56.
22. Subramanian B, Thangavel V. Analysis of onsite HHO gas generation system. International Journal of Hydrogen Energy. 2020.
23. Salek F, Zamen M, Hosseini SV, Babaie M. Novel hybrid system of pulsed HHO generator/TEG waste heat recovery for CO reduction of a gasoline engine. International Journal of Hydrogen Energy. 2020;45(43):23576-86.
24. El Kady M, Farrag AEF, Gad M, El Soly A, Hashish HA. Parametric study and experimental investigation of hydroxy (HHO) production using dry cell. Fuel. 2020;282:118825.
25. Jannah Z, Susilo S, editors. Design of HHO generators as producers of water fuel (HHO generator product analysis based on electric current and catalyst). IOP Conference Series: Materials Science and Engineering; 2021: IOP Publishing.
26. Ahmad MS, Butt T, Pandey A, Abd Rahim N, editors. PV integrated on-demand water electrolysis system for HHO generation and it application as primary fuel in combustion. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering; 2021: IOP Publishing.
27. de Almeida Rezende L, de Campos VAF, Silveira JL, Tuna CE. Educational electrolyzer prototype: Improving engineering students' knowledge in renewable energies. International Journal of Hydrogen Energy. 2021;46(29):15110-23.
28. Bilbao DC. Valorization of the waste heat given off in a system alkaline electrolyzer-photovoltaic array to improve hydrogen production performance: Case study Antofagasta, Chile. International Journal of Hydrogen Energy. 2021;46(61):31108-21.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 24، شماره 1
دی 1402
صفحه 41-52