ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГОРЮЧЕЙ СМЕСИ ИЗ ВОДЫ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ СВАРКИ, ПАЙКИ, РЕЗКИ И ТЕРМООБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК C25B9/00 

Предлагаемый аппарат для сварки, пайки, резки и термообработки материалов может использоваться в быту, в промышленности, при ремонте автотехники и синтетического оборудования, для сварки и пайки металлокерамики и стекла, а также во всех случаях, когда требуется пламя газовой горелки с высокой температурой.

Известно устройство для резки металлов (см. Глизманенко, Газовая сварка и резка металлов. М. Высшая школа, 1969, с. 22-25).

Устройство содержит баллон с редуктором для ацетилена (или его заместителя), баллон с редуктором для кислорода, шланги и газовую горелку со смесителем.

Известное устройство имеет недостатки.

1. Сложность доставки газовых баллонов в отдаленные районы, где проводят работы.

2. Необходимость наличия специальных помещений для хранения баллонов с горючими газами.

3. Необходимость ручной регулировки для создания смеси горючего газа с кислородом в нужном соотношении.

Ближайшем аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения является аппарат для сварки, пайки и резки металлов (см. Моделист-конструктор, N 7, 1980, с. 44-45).

Аппарат состоит из выпрямителя, электролизера для разложения воды, водяного затвора с обратным клапаном и газовой горелки. Электролизер состоит из электродов с отверстиями для электролита и газов, отделенных друг от друга уплотнительными прокладками из резины, стяжных фланцев и шпидек с гайками.

Гидрозатвор выполнен в виде цилиндра с водой, в которую опущена барботажная трубка с обратным клапаном внизу. Газовая горелка выполнена в виде трубки с огнегасящей набивкой, со штуцером для подвода газовой смеси и с полой иглой для ее выхода.

Известный аппарат имеет недостатки.

1. Сложность уплотнения электролизера из-за большого количества ячеек и прокладок, так как питание электролизера производится от бытовой сети с высоким напряжением.

2. Отсутствие гарантированной фиксации соседних электродов по отношению друг к другу, особенно в центре электродов, что может привести к их электрическому замыканию при затяжке электролизера.

3. Из-за отсутствия системы охлаждения плохой отвод тепла, особенно из средних ячеек, что ограничивает время непрерывной работы аппарата.

4. Отсутствие гарантированного перемешивания электролита по длине пакета электролизера, особенно во время подпитки электролизера водой, что приводит к локальному разбавлению электролита и повышенной коррозии анодов.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков и решение следующих задач, а именно: создание аппарата для сварки, пайки, резки и термообработки материалов, обладающего повышенной надежностью, увеличенным ресурсом и временем непрерывной работы, а также более низкими весогабаритными характеристиками.

Технический результате достигается за счет повышения технологичности изготовления аппарата, радиального упрощения конструкции уплотнения электролизера, а также создания оптимальных условий для тепломассообменных процессов, происходящих в электролизере.

Сущность изобретения заключается в следующем. В аппарате для сварки, пайки, резки и термообработки материалов, содержащем источник переменного тока, выпрямитель, электролизер, гидрозатвор с обратным клапаном и газовую горелку, электроды выполнены в виде дисков или пластин с центральным отверстием, а дистанционные элементы выполнены в виде втулок, причем все электроды, за исключением одного концевого электрода, например анода, и дистанционные элементы центральным отверстием одеты на стяжной болт из электронепроводящего материала и стянуты с помощью второго болта, ввернутого в торец стяжного болта, концевой анод закреплен независимо от пакета электродов и имеет вывод электрического контакта наружу, за корпус электролизера, при этом пакет электродов с дистанционными элементами и концевой анод помещены в герметичный корпус, а во внутреннюю полость крышки корпуса электролизера введен змеевиковый холодильник для жидкого хладагента, корпус электролизера расположен таким образом, что его центральная ось, перпендикулярная поверхности электродов, находится под острым углом по отношению к вектору гравитации, а отверстия в электродах для отвода газов находятся в верхних точках электродов, отверстия для электролита в нижних точках электродов, штуцер для отвода газовой смеси из электролизера расположен в верхней точке крышки корпуса относительно вектора гравитации.

Кроме того, в зависимости от условий эксплуатации электролизера, возможны следующие варианты выполнения его корпуса.

1. Корпус выполнен из электронепроводящего материала, причем крышка корпуса, с целью контроля за уровнем электролита, выполнена из прозрачного или электронепроводящего материала, например оргстекла.

2. Корпус и крышка электролизера выполнены из материала, при этом внутренние их поверхности футерованы электронепроводящим материалом (например, фторопластом или резиной), а на крышке корпуса установлено водомерное стекло.

3. Корпус и крышка выполнены из металла, на крышке установлено водомерное стекло, при этом на пакет электродов с дистанционными элементами плотно одет гибкий мешок из электронепроводящего материала, мешок с пакетом электродов помещен в металлический корпус, а в мешке, с целью разгрузки от давления, выполнено отверстие.

Существенным отличием предлагаемого аппарата является: выполнение в электродах центрального отверстия, а дистанционных элементов в виде втулок, стяжка всех электродов, за исключением одного из концевых (анода или катода), и дистанционных элементов в единый пакет с помощью стяжного болта из электронепроводящего материала, проходящего через их центральные отверстия, и второго болта, ввернутого в торец стяжного болта; закрепление одного из концевых электродов (анода или катода) независимо от пакета остальных электродов и выводов его электроконтакта наружу за корпус электролизера; пакет электродов и дистанционных элементов помещен в герметичный корпус, а во внутреннюю полость крышки корпуса введен змеевиковый холодильник для подачи хладагента; рабочее положение электролизера таково, что его центральная ось, перпендикулярная поверхности электродов, находится под острым углом к вектору гравитации, причем отверстия для отвода газов находятся в верхних точках электродов, отверстия для электролита в нижних точках электродов, а штуцер для отвода газов из электролизера в верхней точке крышки корпуса электролизера. Выполнение корпуса и крышки электролизера, в зависимости от применения, в одном из трех следующих вариантов.

1. Из электронепроводящего материала, причем крышка выполнена из прозрачного материала, с целью контроля за уровнем электролита.

2. Из металла, причем внутренне полости корпуса футерованы электроизоляционным материалом (напр. фторопластом или резиной), а на крышке корпуса установлено водомерное стекло.

3. Корпус и крышка выполнены из металла, на крышке установлено водомерное стекло, а на пакет электродов и дист. элементов плотно одет гибкий мешок из электроизоляционного материала, мешок с пакетом электродов помещен в металлический корпус, а в мешке выполнено отверстие.

Предлагаемые существенные отличия аппарата для сварки и т.д. позволяют получить следующие технические результаты.

1. Выполнение электродов с центральным отверстием, а дистанционных элементов в виде втулок, и стяжка их в общий пакет позволяет улучшить технологический процесс сборки и гарантировать отсутствие электрического замыкания между соседними электродами, что повышает технический уровень и надежность аппарата.

2. Независимое закрепление одного из концевых электродов от общего пакета электродов позволяет исключить жесткие требования к допускам размеров электродов и втулок по толщине, так как эти допуски учитываются или при установке концевого электрода, или компенсируются расстоянием между этим концевым электродом и пакетом остальных электродов, что повышает технический уровень сборки электролизера.

3. Помещение пакета электродов и концевого электрода в герметичный цилиндрический (или др. формы) корпус радиально повышает надежность уплотнения электролизера за счет исключения из конструкции большого количества прокладок, а наличие минимального зазора между цилиндрической поверхностью пакета электродов и внутренней поверхностью корпуса позволяет исключить заметные перетечки электрического тока между несоседними электродами. Все это повышает эффективность и надежность аппарата и снижает его весогабаритные характеристики.

Введение змеевикового холодильника во внутреннюю полость крышки радикально улучшит отвод тепла, что повысит надежность и ресурс аппарата, а также позволит эксплуатировать аппарат в длительном непрерывном режиме.

5. Расположение аппарата, когда его центральная ось, перпендикулярная поверхности электродов, находится под острым углом к вектору гравитации улучшает тепломассообменные характеристики аппарата за счет улучшения условий отвода газов с поверхности электродов, выравнивания температуры и концентрации электролита по длине пакета электролизера.

6. Выполнение отверстий для отвода газов в верхней части электродов, а штуцера в верхней части крышки корпуса создает оптимальные условия для отвода газов, что повышает стабильность работы электролизера.

7. Выполнение корпуса и крышки электролизера в одном из трех вариантов, в зависимости от условий эксплуатации, расширяет возможности аппарата по его использованию, т.е. повышает технический уровень изделия, а также существенно расширяет возможности технологического изготовления аппарата. Так, изготовление аппарата (корпуса) из электронепроводящего материала улучшает электроизоляционные параметры аппарата. Изготовление корпуса из металла повышает его прочность, несколько снижает габариты, а применение, вместо футеровки внутренних поверхностей фторопластом, гибкого электроизоляционного мешка упрощает конструкцию и технологию изготовления аппарата.

На фиг. 1, 2 схематично изображен предлагаемый аппарат для сварки, пайки, резки и термообработки материалов в корпусе из электроизоляционного материала, на фиг. 3 и 4 показаны различные варианты исполнения корпуса электролизера. Аппарат состоит из электролизера, гидрозатвора с обратным клапаном и горелки. Электролизер содержит корпус 1 из электроизоляционного материала, монополярный концевой электрод (на фиг. 1 анод) 2 с приваренным по центру резьбовым винтом, который выводится наружу и уплотняется по корпусу с помощью прокладки 3, гайки 4 и шайбы 5, стяжной болт из электроизоляционного материала 6 и болт 7, служащие для стяжки пакета биполярных электродов 8, дистанционных втулок 9 и второго концевого электрода 10 (на фиг. катода), крышку 11 из электроизоляционного материала (например, оргстекла), змеевиковый холодильник 12, штуцер для отвода газовой смеси 13, три прокладки 14, три шайбы 15 и три гайки 16, служащие для уплотнения холодильника и штуцера, болты 17, шайбы 18, гайки 19 и прокладки 20, обеспечивающие стяжку и уплотнение корпуса электролизера.

Гидрозатвор состоит из емкости 21 с негорючей жидкостью (водой), в которую опущена барботажная трубка с обратным клапаном 22.

Горелка 23 служит для организации пламени.

Корпус и крышка электролизера, как один из вариантов, может быть выполнена из металла (см. фиг. 3). В этом случае металлический корпус 24 полностью изнутри и по поверхностям, контактируемым с электролитом и деталями под напряжением, футеруется слоем из электроизоляционного материала (например, фторопласта) 25, концевой электрод 26 изолируется от корпуса и крышки слоем 25 и уплотняется прокладками 27. Крышка 28 изнутри не футеруется и имеет водомерное стекло 29, штуцера холодильника 30 и 31 и штуцер 32 для отвода газов, приварены к дну крышки 28.

Вместо варианта корпуса с электроизоляционным слоем может также применяться вариант металлического корпуса с гибким (мягким) мешком из электроизоляционного материала (например, фторопласта, см. фиг. 4). Электролизер тогда будет состоять из крышки 33, прокладок 34 и 35, корпуса 36, дистанционных втулок 37, биполярных электродов 38, концевых электродов 39 и 40, стяжного болта 41, болта 42, ввернутого в торец стяжного болта, гайки 43, шайбы 44 и электроизоляционных уплотнительных прокладок 45 и 46; на пакет электродов и втулок плотно одет мягкий мешок 47, который для более плотного прижатия к торцам электродов по всей длине обмотан стойкой в рабочей среде нитью 48. Вместе нити может также с успехом использоваться узкая полоска пленки из фторопласта или др. материала.

Рабочее положение предлагаемого аппарата таково, что центральная ось электролизера, перпендикулярная рабочей поверхности электродов, находится под острым углом (например, 45^o) к направлению вектора гравитации, штуцер 13 находится в верхней точке аппарата.

Работает предлагаемый аппарат следующим образом (исходное состояние).

Электролизер заполнен электролитом (33% водным раствором КОН) до верхней точки концевого электрода 10, гидрозатвор 21 на 2/3 залит водой, аппарат собран по схеме (см. фиг. 1).

Если предлагаемое время работы аппарата более одного часа, тогда подается хладагент на холодильник 12 через штуцера, введенные из верхней крышки 11.

Подать электропитание на концевые электроды 2 и 10, в электролизере сразу же начинается выделение газовой смеси кислорода и водорода, газовая смесь из электролизера через штуцер 13 подается в гидрозатвор 21, пройдя гидрозатвор с обратным клапаном 22, газовая смесь подается на газовую горелку 23.

На выходе из горелки газовую смесь поджигают и далее выполняют работы, связанные с использованием рабочего пламени. Контроль за уровнем электролита в электролизере осуществляется через прозрачную крышку 11 по водомерному стеклу 29 (см. фиг. 3), в случае выполнения крышки корпуса из металла (фиг. 3).

Внедрение предлагаемого аппарата позволит улучшить технологию изготовления и сборки изделия, снизит его весогабаритные характеристики, а также повысит надежность и ресурс работы за счет радикального упрощения конструкции уплотнения электролизера, введения в конструкцию стяжного болта для электродов и втулок и расположения центральной оси электролизера под острым углом к вектору гравитации. Кроме того, введение в конструкцию холодильника резко повысит время непрерывной работы аппарата.

Сущность: один монополярный и биполярный электроды и разделяющие их дистанционные втулки стянуты в общий пакет и помещены в герметичный корпус. Во внутреннюю полость крышки корпуса помещен холодильник. Корпус установлен наклонно. Штуцер для отвода газовой смеси из электролизера расположен в верхней части крышки корпуса. Изобретение позволяет повысить надежность и эффективность аппарата, снизить его весогабаритные характеристики, увеличить время его непрерывной работы и общий ресурс работы. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электролизер для получения горючей смеси из воды преимущественно для сварки, пайки, резки и термообработки материалов, содержащий корпус, заключенный в него пакет биполярных электродов, выполненных с отверстиями для прохода газа и электролита и дистанционно отделенных токонепроводящими элементами, концевые монополярные электроды, один из которых закреплен независимо от других электродов, и штуцер отвода газовой смеси, отличающийся тем, что он снабжен полой крышкой с расположенным в нем холодильником, токонепроводящие элементы выполнены в виде втулок, биполярные электроды и другой монополярный электрод изготовлены с центральным отверстием, последние установлены через втулки на стяжной болт из электронепроводящего материала и зафиксированы вторым болтом, корпус выполнен с днищем и установлен наклонно, а штуцер отвода газовой смеси закреплен в верхней части крышки. 2. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что корпус и крышка выполнены из электронепроводящего материала, причем крышка выполнена прозрачной. 3. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что корпус и крышка выполнены из металла и футерованы внутри электроизоляционным материалом, причем крышка выполнена с водомерным стеклом. 4. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен эластичным мешком из электроизоляционного материала, выполненным с отверстиями для газа и электролита, пакет электродов помещен в мешок, при этом корпус изготовлен металлическим.