ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СМЕСИ КИСЛОРОДА И ВОДОРОДА Российский патент 1997 года по МПК C25B1/04 

Изобретение относится к генерированию горючих газов, используемых для сварки, резки и пайки в производственных условиях, а также в лабораторной практике.

Известно устройство электролизера для сварки и пайки водяным газом, в котором горючая смесь получается при пропускании электрического тока через ряд последовательно соединенных между собой ячеек-электродов, образованных пластинчатыми электродами, в промежутках между которыми находится электролит, представляющий собой раствор щелочи (Сварка и пайка водяным паром. Тенденции научно-технического прогресса. 1987, N 1, с. 12-13).

Недостатком указанного электролизера является его низкая надежность, а также перегрев электролита во время работы, приводящий к повышенному содержанию паров щелочи в выходящие из электролизера горючей газовой смеси.

Целью изобретения является повышение надежности электролизера и уменьшение выноса электролита газовой смесью.

Указанная цель достигается за счет изготовления электролизера в виде герметичной емкости с установленными в нее электродами, фиксированными между собой зазорами, обеспечивающими электроизоляционным материалом, и в одной или нескольких верхних и нижних точках соединенной с системой теплосброса секциями трубопроводов переменного сечения, причем в опускной части верхние и в подъемной части нижние секции трубопроводов соединены с подпитывающей емкостью так, что концы нижних трубопроводов погружены в электролит, а верхние выведены в пространство газовой смеси над электролитом.

Существенным отличием изобретения от известного устройства является выполнение электролизера в виде герметичной емкости с помещенным в нее пакетом пластин-электродов, собранным с фиксированным электроизоляционным материалом зазором, в одной или нескольких верхних и нижних точках соединенной с системой теплосброса секциями трубопроводов переменного сечения, причем в подъемной части нижние секции соединены с подпитывающей емкостью трубопроводами так, что их концы погружены в электролит, а верхние секции в опускной части трубопровода выведены в пространство газовой смеси над электролитом.

Всеми перечисленными признаками заявленное устройство электролизера существенно отличается от известного, а наличие у него совокупности указанных отличительных признаков обеспечивает достижение поставленной цели.

Использование совокупности узлов и деталей с указанной функциональной связью неизвестно.

На чертеже представлена схема устройства для получения кислородно-водородной смеси. Герметичная емкость 9, в которую помещены пластины-электроды 6, подключенные к источнику питания 7 и установленные с зазором, фиксированным изолирующим материалом 5, который проложен между электродами в виде шайб или отдельных полосок в нескольких точках его поверхности. С помощью секций трубопроводов переменного сечения 4 и 11 герметичная емкость соединена с системой охлаждения 8, снабженной радиаторными пластинами. Причем секции трубопроводов присоединены, в свою очередь, к подпитывающей емкости 3 трубопроводами газожидкостной смеси 4 и подпитывающим 10. Для предотвращения попадания электролита в выходной штуцер установлен фильтр 1.

Устройство электролизера для получения кислородно-электродной смеси работает следующим образом.

При заправке электролита в подпитывающую емкость 3 он через трубопровод 10 заполняет герметичную емкость. Подача напряжения от источника питания 7 на пластины-электроды 6 служит началом электролиза. Пузырьки выделяющихся кислорода и водорода, захватывая нагретые в межэлектродных промежутках объемы электролита, попадают в верхнюю секцию трубопровода 4. Последняя, также как и нижняя секции трубопровода 11, имеют переменные поперечные сечения, большие размеры которых находятся перед развилками трубопроводов 2 и 10 по ходу циркуляции электролита. Изменение размеров поперечных сечений верхней и нижней секций трубопроводов вызвано необходимостью выравнивания аэрогидродинамических сопротивлений участков секций 4 и 11, трубопроводов 2 и 10, системы охлаждения 7. Верхняя секция трубопровода 10 присоединена к подпитывающей емкости 3 трубопроводом газожидкостной смеси 2 в опускной части. Выталкиваемая за счет меньшей плотности газожидкостная смесь, проходя наивысшую точку секции трубопровода, частично сепарируется, попадает в трубопровод 2 и далее полностью сепарируется в подпитывающей емкости 3, проходя через заполненный газовой смесью объем над уровнем электролита. Для предотвращения попадания капель электролита в выходной штуцер на нем установлен фильтр 1 для отделения электролита. Нагретый электролит после частичной сепарации поступает в систему охлаждения 8. Вместо выброшенных газовой смесью в трубопровод 2 объемов нагретого в межэлектродных промежутках электролита происходит подсасывание холодного электролита из подпитывающей емкости и системы охлаждения 8.

Повышение надежности предложенного устройства электролизера для получения кислородно-водородной смеси происходит из-за полного погружения в электролит собранного пакета пластин-электродов, заключенных внутри герметичной емкости, в отличие от известного способа, где пластины-электроды стянуты через электроизоляционные прокладки шпильками и пространства между электродами не полностью заполнены электролитом, а с увеличением числа электродов и временем работы герметичность такого соединения трудно обеспечить.

Кроме того, в известном способе устройство при уменьшении расстояния между электродами и их толщины резко повышается температура электролита. В предложенном устройстве скорость циркуляции электролита как внутри герметичной емкости, так и через систему охлаждения и подпитывающую емкость растет с уменьшением расстояния между электродами, обеспечивая тем самым поддержание рабочей температуры электролита на минимальном уровне, что приводит в конечном итоге к снижению содержания электролита в горючей смеси, то есть достижению поставленной цели.

Пример. Результаты экспериментального испытания известной конструкции электролизера показали, что в 10-элементном электролизере при толщине пластин-электродов 0,6•10^-3 м, зазоре между ними 4•10^-3 м и токе 10 А температура электролита в центральной части ячеек электролизера достигала 72^oC, производительность составила 50 л/ч а содержание щелочи в газовой смеси было 29%
Электролизер предложенной конструкции был выполнен как герметичная емкость в виде прямоугольного параллелепипеда объемом 0,2 л с 10-ю электродами толщиной 0,4•10^-3 м и зазором между ними 1,5•10^-3 м. При токе 10 А температура электролита в межэлектродных промежутках составила 31^oC, производительность оказалась 50 л/ч, а концентрация щелочи в газовой смеси была 6%
Следует отметить, что электролит в известной конструкции электролизера представлял собой 25%-ный раствор щелочи, тогда как в предложенном устройстве используется 10% -ный раствор. Уменьшение концентрации электролита в предложенной конструкции осуществлено за счет уменьшения расстояния между электродами, чего нельзя допустить в известном устройстве из-за чрезмерного нагрева электролита в центральной части электродов.

Электролизер для получения кислорода и водорода, включающий подпитывающую емкость и герметичный корпус, в котором установлены пластины -электроды и два циркуляционных контура электролита, один из которых соединяет подпитывающую емкость и герметичный корпус, причем он снабжен системой теплосброса, соединенной трубопроводами с герметичным корпусом, которые образуют первый контур циркуляции, а второй контур циркуляции присоединен к трубопроводам первого контура. 1 ил.

Электролизер для получения смеси кислорода и водорода, включающий герметичный корпус, в котором размещены пластинчатые электроды, разделенные электроизоляционными прокладками, и циркуляционный контур, соединяющий трубопроводами верхнюю и нижнюю части корпуса электролизера с подпитывающей емкостью, отличающийся тем, что электролизер снабжен системой теплосброса, соединенной трубопроводами с циркуляционным контуром у верхней и нижней частях корпуса.