БАРБОТЕР ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА Российский патент 1995 года по МПК C25B9/00 

Изобретение относится к технической электрохимии и может быть использовано в батареях для электролизеров, производящих гремучий газ посредством электролиза воды и предназначенных для установок газопламенной обработки поверхностей материалов пайки, сварки и т.п.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является барботер для электролизера, производящего гремучий газ посредством электролиза воды, содержащий герметичный корпус с жидкостной камерой, барботажную трубку и уровнемер. В известном барботере водородно-кислородная смесь (гремучий газ), производимая электролизером, через барботажную трубку поступает в корпус и после обогащения парами углеводородного соединения при прохождении через слой жидкости к потребителю.

Недостатком известного барботера является большой вес, который обусловлен использованием массивного металлического корпуса, выполненного в виде толстостенного сварного сосуда, имеющего форму параллелепипеда. Для обеспечения необходимых прочностных характеристик при повышенных давлениях и с учетом формы приходится увеличивать толщину стенок корпуса. Кроме того, известный барботер имеет низкую ремонтоспособность, которая определяется сложностью демонтажа его корпуса и трудностью доступа к деталям и узлам, размещенным внутри корпуса.

Целью изобретения является повышение ремонтоспособности при одновременном снижении веса барботера, применяемого в электролизерах, производящих гремучую смесь посредством электролиза воды.

Для этого в барботере для электролизера, содержащем герметичный корпус с жидкостной камерой, барботажную трубку и уровнемер, корпус выполнен разъемным и включает две цилиндрические оболочки, расположенные соосно при вертикальной ориентации центральной оси, разделительную стенку в виде диска и составленную стяжную шпильку, выполненную с возможностью регулирования ее высоты и установленную по центральной оси. При этом в диске выполнены газовые каналы, а барботажная трубка через герметизирующее соединение состыкована с газовым каналом, проходящим через торцовые поверхности диска, ограниченные цилиндрическими оболочками. Предпочтительно торцовые стенки корпуса выполнять в виде дисков, на торцовых поверхностях всех дисков, обращенных к цилиндрическим оболочкам, выполнять кольцевые углубления для герметизирующих прокладок, контактирующих с торцовыми поверхностями цилиндрических оболочек; в верхнем диске выполнять входной газовый канал, в нижнем диске жидкостной канал, при
этом уровнемер выполнять в виде трубки, соединяняющей один из газовых каналов центрального диска с указанным жидкостным каналом. Все диски выполнять из коррозионно-стойкого материала, диски с покрытием из коррозионно-стойкого лака; стяжную шпильку в виде двух стержней с резьбовыми окончаниями, двух глухих гаек и глухой втулки с резьбовыми углублениями на торцах, в которые ввинчены резьбовые окончания стержней; цилиндрические оболочки из коррозионно-стойкого металла или из металлов с коррозионно-стойким покрытием. Герметизирующие соединения, при помощи которых каналы в дисках состыкованы с трубопроводами барботера, выполнять в виде идентичных ниппельных соединений. В боковой стенке барботажной трубки вблизи ее торца выполнены дополнительные барботажные отверстия; он содержит несколько барботажных трубок, равномерно распределенных вокруг стяжной шпильки.

В предложенном барботере за счет выполнения корпуса в виде двух цилиндрических соосно расположенных оболочек с разделительной стенкой между ними в форме диска удается обеспечить высокую механическую прочность при снижении толщины стенок корпуса. Требуемая герметичность достигается тем, что вводится центральная стяжная шпилька, выполняемая составной. Это позволяет обеспечить прижим с требуемым усилием цилиндрических оболочек к герметизирующим кольцевым уплотнениям, размещаемым в кольцевых углублениях дисков, и одновременно предельно упрощается демонтаж при ремонте за счет использования простых операций.

Введение центрального разделительного диска позволило использовать его в качестве элемента для крепления барботажной трубки, состыкованной через герметизирующее уплотнение с газовым каналом, проходящим через торцовые поверхности диска. Кроме того, в этом диске выполнен газовый канал для выведения получаемой после барботирования горючей смеси к потребителю, таким образом, диск выполняет функции универсального монтажного элемента конструкции.

Выполнение торцовых стенок корпуса в виде дисков способствует предельному упрощению конструкции и соответствующему снижению веса барботера, поскольку эти диски используются не только для установки их в кольцевых углублениях герметизирующих уплотнений, но и как монтажные элементы. Так, в верхнем диске выполнен газовый канал и на боковой поверхности расположено герметизирующее ниппельное соединение для стыковки с газовой магистралью электролизера, а в нижнем диске жидкостной канал, соединенный с трубкой уровнемера. При этом удается обеспечить контроль за уровнем жидкости в барботере, поскольку нижний участок измерительной трубки оказался ниже дна жидкостной камеры.

Повышению эксплуатационной надежности способствует выполнение дисков и цилиндрических оболочек из коррозионно-стойких материалов или с коррозионно-стойкими покрытиями, например, диски выполняют с покрытием из коррозионно-стойкого лака, при этом достигается снижение веса барботера за счет использования облегченных материалов, на которые наносятся коррозионно-стойкие покрытия. Предельному упрощению конструкции, способствующему соответствующему снижению веса при одновременном упрощении операций монтажа и демонтажа, способствует выполнение составной шпильки в виде двух стержней с резьбовыми окончаниями и с глухими гайками, навинчиваемыми на резьбовые окончания стержней и центральной втулки с резьбовыми углублениями на торцах, в которые ввинчиваются резьбовые окончания стержней.

Дальнейшее упрощение монтажа и демонтажа достигается за счет использования при стыковке всех трубопроводов в барботере с соответствующими каналами идентичных ниппельных соединений, так как при этом обеспечивается максимальная взаимозаменяемость деталей барботера в процессе ремонта. Интенсификации процесса насыщения гремучей смеси способствует выполнение дополнительных барботажных отверстий в боковой стенке барботажной трубки и применение нескольких барботажных трубок, равномерно распределенных вокруг стяжки шпильки.

На фиг. 1 изображен барботер, поперечное сечение; на фиг. 2 донная часть барботажной трубки; на фиг. 3 соединение барботажной трубки с газовым каналом диска.

Предлагаемое устройство содержит цилиндрические оболочки 1, 2; торцовые диски 3-4; центральный диск 5, кольцевые герметизирующие прокладки 6-9, стержни стяжной шпильки 10, 11, глухие гайки 12, 13, глухую втулку 14 с резьбовыми углублениями на торцах 14, барботажную трубку 15 с дополнительными барботажными отверстиями в боковой стенке 16, с барботажными отверстиями на торце 17; герметизирующее ниппельное соединение 18; входной газовый канал 19; выходной газовый канал 20; газовый канал 21 уровнемера; жидкостной канал 22 уровнемера; измерительную трубку 23 уровнемера; газовый канал 24; проходящий через торцовые поверхности диска, ограниченные цилиндрическими оболочками; герметизирующие уплотнения для стяжной шпильки 25-27; уплотнения для герметизирующего ниппельного соединения барботажной трубки 28; накидную гайку 29 ниппельного соединения.

На чертеже не показаны герметизирующие ниппельные соединения уровнемера 23 и трубопроводов, стыкуемых с входным газовым каналом 19 и выходным газовым каналом 20 барботера.

Внутренняя полость корпуса, образуемая цилиндрической оболочкой 1 и дисками 3, 5, формирует газовую камеру, а внутренняя полость, образуемая цилиндрической оболочкой 2 и дисками 4, 5 жидкостную камеру, которую примерно на 3/4 высоты оболочки заполняют жидкостью органического соединения (например, ацетоном, бензином, спиртом и т.п.). Составная стяжная шпилька, которую предпочтительно выполнять из стержней 10, 11 с глухими гайками 12, 13 и втулки 14, позволяет обеспечить герметичность этих камер за счет возможности индивидуальных усилий прижима оболочек 1, 2 к соответствующим кольцевым уплотнениям при монтаже барботера.

Цилиндрические оболочки 1, 2 предпочтительно изготавливать из коррозионно-стойких металлов, например, нержавеющей стали или недефицитных сталей с коррозионно-стойким покрытием, например из никеля, диски 3-5 из текстолита или стеклотекстолита и для повышения долговечности наносить покрытие из коррозионно-стойкого лака (на чертеже не показано). В барботажной трубке 15 формируют дополнительные барботажные отверстия 16, выход пузырьков газа из которых облегчен благодаря вертикальной ориентации отверстий. Измерительная трубка уровнемера выполняется из полупрозрачного материала, например из капрона.

Перед началом эксплуатации проводится сборка барботера, которая представляет собой довольно простой процесс: устанавливают герметизирующие прокладки 6-9 в кольцевые проточки дисков 3-5, герметизирующие кольцевые прокладки 25-27 для стяжной шпильки в углубления дисков, и герметично крепят барботажную трубку 15 на диске 5. После установки глухой гайки 13 и первого стержня 11 устанавливают цилиндрическую оболочку 2 и диск 5 и стягивают полученную сборку глухой гайкой 14, затем устанавливают второй стержень 10, цилиндрическую оболочку 1 и верхний диск 3, стягивая всю сборку глухой гайкой 12. При проведении профилактического ремонта (например, при удалении осадка на стенках камер, прочистке каналов и т.п.) разборку барботера осуществляют в обратной последовательности. Благодаря использованию простых, однотипных, взаимозаменяемых деталей процессы демонтажа и монтажа барботера при ремонте проходят оперативно и не вызывают затруднений.

Предлагаемый барботер в составе электролизера, производящего гремучий газ при электролизе воды, работает следующим образом. Водородно-кислородная смесь (гремучий газ), продуцируемая электролизером по шлангу (на чертеже не показан), поступает во входной газовый канал 19, заполняя газовую камеру, и проходит через газовый канал 24 в барботажную трубку 15. Избыточное давление в газовой камере устанавливают равным 0,3-0,5 ати. Гремучий газ выходит через барботажные отверстия 16, 17 и барботируется через слой легкоиспаряющейся углеводородной жидкости (например, ацетон) в виде мелких пузырьков, диаметры которых соответствуют диаметрам барботажных отверстий. Благодаря расположению заглушенной торцовой поверхности барботажной трубки 15 в непосредственной близости от дна жидкостной камеры максимально удлиняется путь пузырьков в жидкости и достигается достаточно полное насыщение гремучего газа парами углеводородной жидкости. Пузырьки, выходящие на поверхность жидкости, сливаются между собой, и образованная смесь гремучего газа с парами углеводородного соединения через газовый канал 20 поступает по шлангу к потребителю, например на штуцер газопламенной горелки.

Содержание углеводородных паров в смеси, образующейся в барботере, регулируют подбором количества барботажных отверстий 16, 17 и их диаметров, регулированием избыточного давления в жидкостной камере и, как правило, перечисленные зависимости устанавливаются экспериментально. В процессе работы уровень жидкости в нижней камере барботера контролируют визуально по расположению столбика жидкости в измерительной трубке уровнемера 23. Расположение выхода жидкостных каналов 21, 22 на боковых поверхностях дисков 4, 5 позволяет с высокой точностью определять снижение уровня жидкости, особенно в непосредственной близости к дну жидкостной камеры, что затруднено в известных барботерах.

Поскольку барботер расположен между производителем горючей смеси (электролизером) и его потребителем, то одновременно он используется в качестве гидрозатвора, например, в случае проскока пламени в газопламенную горелку. При возникновении обратного удара пламени оно поступает в жидкостную камеру барботера через газовый канал 20 и далее разделяется на небольшие объемы в пузырьках и гасится в слое жидкости, при этом вследствие увеличения давления жидкость передавливается в барботажную трубку 15, перекрывая доступ горячего газа к горелке, и процесс горения прекращается, так как слой жидкости в барботере образует дополнительное сопротивление на пути фронта распространения пламени.

Кроме того, барботер выполняет функции гидрозатвора и при остывании электролизера в момент его отключения. Давление в газовой камере при этом уменьшается, жидкость по барботажной трубке 15 перетекает в газовую камеру барботера, заполняя ее. Поскольку объем газовой камеры выбирают превышающим объем жидкостной камеры, то даже при полном заполнении ее жидкостью, поступающей через барботажную трубку 15, уровень жидкости в газовой камере окажется ниже входного газового канала 19, и тем самым предотвращается попадание органической жидкости из барботера в электролитную камеру электролизера.

В сравнении с известными барботерами, применяемыми в электролизерах, производящих водородно-кислородную смесь, обогащенную парами углеводородных соединений (например, парами ацетона), предлагаемый электролизер позволил обеспечить упрощение монтажа и демонтажа при ремонте. Благодаря выполнению корпуса разъемным с использованием составной шпильки с регулируемой высотой и простых, однотипных взаимозаменяемых деталей (дисков, ниппельных соединений, кольцевых уплотнений и т.п.) удалось предельно упростить сборку барботера и ускорить процесс ремонта, в том числе профилактического. Одновременно удалось уменьшить массу барботера более чем на 30%

Изобретение относится к барботерам, применяемым в электролизерах, производящих гремучую смесь посредством электролиза воды. В заявленном барботеке корпус выполнен в виде двух цилиндрических оболочек, разделенных центральным диском с торцевыми стенками в виде дисков. На торцевых поверхностях дисков выполнены кольцевые углубления для герметизирующих уплотнений, на которые опираются цилиндрические оболочки. Стяжная шпилька выполнена составной с возможностью регулировки высоты и включает стержни с резьбовыми окончаниями, глухие гайки и втулку с торцевыми резьбовыми углублениями, в которое ввинчены стержни, и расположена по центральной оси. Барботажная трубка при помощи ниппельного соединения состыкованная с газовым каналом. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. БАРБОТЕР ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА для получения смеси кислорода и водорода, включающий корпус, устройство для ввода и вывода газовой смеси, барботажную трубку, уровнемер, отличающийся тем, что корпус выполнен разъемным из двух цилиндрических частей, размещенных вертикально и соосно, между которыми установлен центральный диск, торцевые стенки корпуса выполнены в виде дисков, при этом на торцевых поверхностях дисков, обращенных к цилиндрическим частям, выполнены кольцевые углубления для герметизирующих прокладок, контактирующих с торцевыми поверхностями цилиндрических частей, барботер снабжен стяжной шпилькой, размещенной соосно с вертикальной осью и выполненной в виде двух стержней с резьбой на концах, двух глухих гаек и глухой втулки с резьбовыми углублениями на торцах, в которые ввинчены резьбовые окончания стержней, устройство для ввода газовой смеси выполнено в виде канала в верхней торцевой стенке, устройство для вывода газовой смеси в виде канала в центральном диске, снабженном газовыми каналами, и барботажная трубка соединена с одним из них. 2. Барботер по п.1, отличающийся тем, что в нижней торцевой стенке и в центральном диске выполнены каналы, соединенные одними концами с внутренней полостью барботера, а другими с уровнемером, выполненным в виде трубки. 3. Барботер по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен барботажными трубками, равномерно расположенными вокруг стяжной шпильки.