ДИАФРАГМА ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА Российский патент 1996 года по МПК C25B13/02 C25B1/04 

Изобретение предназначено для разделения газов в электролизерах фильтр-прессного типа для получения разложением водных растворов щелочей кислорода и водорода, используемых в портативных устройствах получения технологических сред, резки, сварки, пайки металлов и производства кварцедувных работ, может быть использовано для разделения других газов, например хлора и водорода.

Наиболее близкими диафрагмами к предлагаемой являются плоские металлические и диэлектрические диафрагмы с перфорациями, образующими горизонтальные и вертикальные ряды, используемые в электролизерах фильтр-прессного типа для разделения получаемого кислорода и водорода.

Недостатком диафрагм с перфорациями является низкая эффективность разделения газов, которая устраняется увеличением расстояния между электродами и диафрагмой, что ведет к увеличению размеров электролизных ячеек, росту сопротивления электролита и повышению потерь электроэнергии.

Цель изобретения повышение эффективности разделения газов диафрагмой и снижение потерь электроэнергии.

Цель достигается тем, что в известной плоской диафрагме с перфорациями, образующими горизонтальные и вертикальные ряды, в электролизерах фильтр-прессного типа для разделения получаемых газов перфорации выполнены в виде горизонтальных прорезей, нижние края которых отогнуты в одну сторону.

Отличие от прототипа состоит в том, что перфорации в диафрагме выполнены в виде горизонтальных прорезей, нижние края которых отогнуты в одну сторону. Указанное отличие, обеспечивающее формирование отверстий в горизонтальной плоскости с одной стороны, исключает возможность проникновения пузырьков газа через эти отверстия в связи с тем, что вертикальная составляющая скорости подъема пузырьков газа вверх в несколько раз превышает скорость движения электролита из-за естественной конвекции. Следовательно, пузырьки газа не могут опуститься вниз и поэтому не могут пройти через диафрагму со стороны горизонтальных прорезей. С обратной стороны диафрагмы отверстия расположены в вертикальной плоскости, и поэтому с этой стороны диафрагма проницаема для пузырьков газа. Можно исключить проницаемость с обратной стороны диафрагмы, используя вторую аналогичную диафрагму. Высокая разделительная способность диафрагмы позволяет уменьшить расстояние между электродами, снизить электросопротивление электролита и уменьшить потери электроэнергии.

На фиг.1 показано расположение перфораций на диафрагме; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 вид диафрагмы сверху; на фиг.4 ячейка электролизера фильтр-прессного типа для получения кислорода и водорода с использованием диафрагмы в разрезе.

Диафрагма (фиг. 1) состоит из плоской пластины 1 с перфорациями 2, образующими горизонтальные и вертикальные ряды. В верхней части имеются отверстия 3 и 4, совпадающие с каналами для отвода газов. Справа перфорации образуют отверстия 5 (фиг.2), расположенные в горизонтальной плоскости, а слева отверстия 6, расположенные в вертикальной плоскости.

На фиг.3 показан вид диафрагмы сверху, на котором хорошо видна форма отверстий 5, расположенных в горизонтальной плоскости.

Ячейка (фиг. 4) электролизера фильтр-прессного типа для получения кислорода и водорода с использованием предлагаемой диафрагмы (стягивающие элементы не показаны) состоит из биполярных электродов 7 и 8, снабженных переточными патрубками 9, 10 и 11, 12. Между рамками 13 и 14 расположены две диафрагмы из пластин 1 с перфорациями 2, отверстия которых 3 и 4 совпадают с отверстиями 15 и 16 рамок 13 и 14. В рамках имеются вырезы 17 и 18, соединяющие анодные и катодные пространства электролизной ячейки с каналами, образованными совпадающими отверстиями в электродах 7 и 8, рамках 13 и 14 и диафрагмах 3 и 4.

Работа электролизной ячейки происходит следующим образом.

Через переточные патрубки 9, 10 и 11, 12 происходит заполнение ячейки электролитом до уровня выше перфораций 2, а в дальнейшем происходит выравнивание состава электролита между ячейками. При пропускании постоянного тока происходит выделение газов на электродах 7 и 8, которые отводятся из ячейки через вырезы 17 и 18 в отверстия 15 и 16 рамок. Благодаря высокой эффективности разделения газов сдвоенной диафрагмой электроды 7 и 8 установлены на минимально возможном расстоянии друг от друга, что уменьшает толщину ячеек, сокращает габариты электролизера. Последнее наиболее важно для портативных устройств. Дополнительно, в 1,5-2 раза снижается электросопротивление каждой ячейки, что ведет к снижению потерь электроэнергии. В случае, когда необходимо получение только одного газа, например водорода, используют только одну диафрагму, которая препятствует попаданию кислорода в водород. Часть водорода (1-3%) может попасть в кислород, но водород остается чистым.

Диафрагмы могут быть как металлическими, так и диэлектрическими. Последнее предпочтительнее, поскольку исключает возможность замыкания ячейки. Такие диафрагмы, изготовленные штамповкой из полиэтиленовой пленки толщиной 0,3 мм, испытаны в электролизере фильтр-прессного типа для получения кислорода и водорода в портативном устройстве для сварки и производства кварцедувных работ.

Технико-экономические преимущества использования диафрагмы состоят в повышении эффективности разделения газов за счет перевода отверстий диафрагмы в горизонтальную плоскость, что позволяет уменьшить расстояние между электродами, сократить размеры, снизить электросопротивление ячейки и уменьшить потери электроэнергии более чем в два раза в сравнении с прототипом. Уменьшение размеров и повышение эффективности использования электроэнергии наиболее существенно для портативных устройств.

Использование: для разделения кислорода и водорода, получаемых электролизом водных растворов щелочей в портативных устройствах получения технологических сред, резки, сварки, пайки металлов и производства кварцедувных работ. Сущность изобретения: в плоской диафрагме перфорации выполнены в виде горизонтальных прорезей, ниже края которых отогнуты в одну сторону. Со стороны этих отверстий мембрана непроницаема для пузырьков газа, поскольку скорость их подъема вверх выше скорости перемещения электролита при конвективном перемешивании. 4 ил.

ДИАФРАГМА ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА фильтрпрессного типа для разделения получаемых газов, выполненная в виде пластины с перфорациями, образующими горизонтальные и вертикальные ряды, отличающаяся тем, что перфорации выполнены в виде горизонтальных прорезей, нижние края которых отогнуты в одну сторону.