ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ФИЛЬТР-ПРЕССНОГО ТИПА Российский патент 1994 года по МПК C25B1/04 

Изобретение относится к технике получения кислорода и водорода электролизом водных растворов щелочей, используемых для создания технологических сред и питания газопламенных горелок.

Наиболее близким аналогом является электролизер фильтр-прессного типа для получения кислорода и водорода электролизом водных растворов щелочей, включающий биполярные электроды, разделенные рамками и диафрагмами с газоотводными каналами, выполненными прерывистыми за счет диэлектрических втулок, закрепленных в сквозных отверстиях электродов и диафрагмы [1].

Недостатком устройства является сложность, обусловленная наличием двух втулок, соединяемых резьбовой нарезкой, и упорного кольца. Вторым недостатком является пониженная надежность, обусловленная двумя уплотнениями электрод - втулка и втулка - диафрагма, изготовленных из различных материалов с различными свойствами, что не способствует сохранению герметичности уплотнения. Использование эластичных диэлектрических прокладок между электродами, выполняющих функцию рамок, не обеспечивает возможности сохранения жесткости конструкции при радиальных деформациях, а следовательно, и надежности уплотнения.

Целью изобретения является повышение надежности и упрощение конструкции электролизера.

Цель достигается тем, что в электролизере фильтр-прессного типа для получения кислорода и водорода электролизом водных растворов щелочей, включающем биполярные электроды, разделенные рамками с диафрагмами, с газоотводными каналами, выполненными прерывистыми за счет диэлектрических втулок, закрепленных в сквозных отверстиях электродов и диафрагмы, перфорированные диафрагмы из диэлектрика имеют конические выступы и отверстия с буртиками, расположенными в отверстиях электродов, и закреплены коническим буртиком и торцевым уступом цилиндрических диэлектрических втулок с радиальными отверстиями.

Между электродами и диафрагмами установлены эластичные прокладки, расположенные по внутреннему периметру рамок, толщина которых на 10-20% превышает толщину рамок.

Отличие от прототипа состоит в том, что перфорированные диафрагмы из диэлектрика имеют конические выступы и отверстия с буртиком, расположенным в отверстиях электродов, и закреплены коническим буртиком и торцевым уступом цилиндрических диэлектрических втулок с радиальными отверстиями.

Указанные отличия обеспечивают достижение цели изобретения тем, что на каждую цилиндрическую втулку с радиальными отверстиями приходится только одно уплотнение между диафрагмой и электродом и это уплотнение продублировано: первое - между буртиком отверстия диафрагмы и стенками отверстия электрода коническим буртиком втулки, второе - между поверхностью электрода и диафрагмы торцевым уступом втулки. Два последовательных уплотнения повышают надежность в сравнении с прототипом, у которого два параллельных уплотнения: электрод - втулка и втулка - диафрагма, не согласованы хотя бы по термическому коэффициенту линейного расширения.

Упрощена конструкция электролизера, так как газоотводные каналы образованы только одной цилиндрической втулкой с коническим буртиком и радиальными отверстиями на каждое уплотнение диафрагмы с электродом, вместо двух втулок с резьбами и упорного кольца на каждое соединение диафрагмы с электродами по прототипу.

Отличие от прототипа состоит и в том, что между электродами и диафрагмами установлены эластичные прокладки, расположенные по внутреннему периметру рамок, толщина которых на 10-20% превышает толщину рамок.

Указанное отличие обеспечивает надежность герметизации, поскольку эластичные прокладки под действием внутреннего давления самоуплотняются и, кроме того, обеспечиваются неизменность межэлектронных расстояний и радиальная жесткость конструкции. При выполнении рамок и цилиндрических диэлектрических втулок из одинакового материала обеспечивается согласованность по термическому коэффициенту линейного расширения.

На чертеже изображена часть электролизера, разрез.

Биполярные электроды 1 разделены рамками 2, между которыми установлены перфорированные диафрагмы 3 из диэлектрика. Диафрагмы 3 имеют конические выступы 4 и отверстия с буртиком, находящимся в отверстии электрода, и закреплены в нем как коническим буртиком, так и торцевой частью диэлектрических втулок 5, имеющих радиальные отверстия 6. Совокупность втулок 5 образует один газоотводный канал. Второй аналогичный канал находится за первым, видимым на чертеже каналом. Электролизные ячейки соединены друг с другом переточными патрубками 7 для подпитки и выравнивания состава электролита за счет естественной конвекции. Уплотнение между электродами и диафрагмами обеспечивается эластичными прокладками 8.

Работает электролизер следующим образом.

Через переточные патрубки 7 ячейки электролизера заполняются 30%-ным водным раствором едкого кали до уровня, расположенного ниже газоотводных каналов, образованных диэлектрическими втулками 5, но выше перфораций в диафрагмах 3. При пропускании постоянного электрического тока через электролизер на катодных сторонах биполярных электродов 1 выделяется водород, а на анодных сторонах - кислород, разделяемые диафрагмами 3. Каждый из газов через отверстия 6 втулок 5 попадает в газоотводный канал: водород в один канал, а кислород в другой. Полученные газы отводятся к устройству выравнивания давления и далее к потребителю.

Биполярные электроды 1 изготовлены из листовой стали толщиной 0,3-0,5 мм. Анодные стороны электродов покрыты никелем. Рамки 2 из винипласта имеют наружный диаметр 135 мм и внутренний диаметр 125 мм. Толщина рамок 2 равна 2 мм, а прокладок 8 равна 2,3 мм. Диафрагмы 3 изготовлены горячей штамповкой из полиэтиленовой пленки толщиной 0,2 мм. Перфорации образуют отверстия, располо- женные в горизонтальной плоскости, что обеспечивает надежное разделение газов. При изготовлении конических выступов 4 штамповкой две одинаковые половинки диафрагмы свариваются. Втулки 5 из винипласта имеют внутренний диаметр в конической части 4,3 мм, а в цилиндрической - 6 мм. Толщина стенок 0,5 мм. Число электролизных ячеек электролизера 120, разрядный ток не более 8 А.

Технико-экономические преимущества использования предложенного электролизера фильтр-прессного типа состоят в повышении надежности уплотнения между диафрагмой и электродом за счет дублирования уплотнения и в упрощении конструкции электролизера, обеспечивающей снижение затрат на изготовление деталей в сравнении с прототипом. Обеспечивается радиальная жесткость конструкции, что также обеспечивает повышение надежности наружных уплотнений.

Электролизер фильтр-прессного типа для получения кислорода из водорода электролизером водных растворов щелочей используют для создания технологических сред и питания газоплазменных горелок. Перфорированные диафрагмы из диэлектрика имеют конические выступы и отверстия с буртиками, расположенными в отверстиях биполярных электродов,и закреплены коническим буртиком и торцевым уступом цилиндрических диэлектрических втулок с радиальными отверстиями. Совокупность втулок формирует прерывистые газоотводные каналы для отвода кислорода и водорода. Между электродами и диафрагмами установлены элластичные прокладки, расположенные по внутреннему периметру рамок, толщина которых на 10 - 20% превышает толщину рамок. Это обеспечивает герметичность и жесткость конструкции при согласовании размеров втулок и рамок. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ФИЛЬТР-ПРЕССНОГО ТИПА для получения кислорода и водорода, включающий биполярные электроды, разделенные рамками и диафрагмами, в диафрагмах и электродах выполнены отверстия, образующие газоотводящие каналы, с размещенными в них диэлектрическими втулками, отличающийся тем, что диафрагмы выполнены из диэлектрика, снабжены коническими выступами и отверстиями с буртиками, установленными в отверстиях электродов и закрепленными коническим буртиком и торцевым уступом цилиндрических втулок с радиальными отверстиями. 2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что он снабжен эластичными прокладками, размещенными между биполярными электродами и диафрагмой, по внутреннему периметру рамок, толщина которых на 10 - 20% превышает толщину рамок.