УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОРОДА И ВОДОРОДА Российский патент 2000 года по МПК C25B1/02 C25B9/00 

Изобретение относится к устройствам для получения кислорода и водорода путем электролиза воды для использования, например, в установках для газопламенной обработки материалов.

Известно устройство /1/, содержащее электролизер биполярного типа и подпиточный бак, газоотделение в котором осуществляется в процессе естественной циркуляции электролита по трубопроводам между электролизером и подпиточным баком. Недостатком этого устройства является повышенное газозаполнение пространства между электродами, удаленными от входа электролита в электролизер, из-за большого гидросопротивления конструкции электролизера.

Известен также электролизер /2/, включающий ряд электролитических ячеек, выполненных в виде двух коаксиальных электродов, сообщающихся по газу и электролиту с подпитывающей емкостью. Недостатком устройства является вынос электролита через подпитывающую емкость в газоотводящий тракт из-за перетекания электролита из электролизера в подпитывающую емкость при повышении давления в межэлектродном пространстве вследствие повышения температуры или увеличения производительности газа.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является устройство для получения кислорода и водорода /3/, содержащее биполярный электролизер, электролитические ячейки которого сообщаются по газу через отверстия в верхней части и по электролиту - в нижней части электродов. Электролизер соединен с напорной емкостью через средство для выхода газа (газоотводящий патрубок), расположенное в верхней части устройства, и средство для подачи электролита (подпитывающий патрубок), расположенный в нижней части устройства. Недостатком этого решения, как и предыдущего, является возможность попадания электролита в газоотводящий тракт через напорную емкость из-за повышения давления в межэлектродном пространстве в процессе эксплуатации устройства, что ограничивает рабочий диапазон эксплуатационных характеристик аппарата (давление, температура, производительность газа и т.д.). Кроме того, необходимы повышенные меры безопасности при заливе воды, так как в напорной емкости скапливается гремучий газ.

Задачей предлагаемого решения является расширение диапазона рабочих характеристик устройства и повышение безопасности при его эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для получения кислорода и водорода, содержащем напорную емкость, сообщающуюся по электролиту с электролизером, состоящим из ряда электролитических ячеек, сообщающихся между собой по газу и электролиту, и средство для выхода газа, сообщающееся с электролизером по газу, напорная емкость изолирована от средства для выхода газа. При последовательном соединении по электролиту электролитические ячейки сообщаются между собой на уровне, выше минимально допустимого уровня электролита в ячейке.

Выполнение напорной емкости, изолированной от электролизера по газу, позволяет расширить диапазон рабочих характеристик, при которых исключено попадание электролита в газоотводящий тракт, так как с ростом давления электролит перетекает в напорную емкость, изолированную от средства для выхода газа, до тех пор, пока давление в напорной емкости не сравняется с давлением в электролизере.

В случае, когда ячейки соединены по электролиту последовательно, положительный эффект усиливается, если канал, через который сообщаются ячейки, выполнен на уровне, выше минимально допустимого уровня электролита в ячейке, т. к. при этом выталкивающая сила будет действовать только на ту небольшую часть электролита, которая расположена выше этого канала. Минимально допустимый уровень электролита определяется допустимой максимальной плотностью тока на единицу площади электрода, которая зависит от материала электродов и установленного срока службы аппарата.

В процессе эксплуатации устройства в напорной емкости находится только электролит и воздух, что повышает взрывобезопасность устройства.

В общем случае ячейки могут быть соединены по газу и электролиту как последовательно, так и параллельно.

На чертеже представлено устройство для получения кислорода и водорода с биполярным электролизером, в котором ячейки соединены по газу и электролиту последовательно.

Устройство содержит электролизер, состоящий из ряда электролитических ячеек, образованных диэлектрическими прокладками 1 и электродами 2, сообщающихся по газу через отверстия 3 и по электролиту - через отверстия 4. Ячейки расположены между двумя диэлектрическими стяжными фланцами 5 и 6. В фланце 5 выполнено отверстие для соединения по газу электролизера со средством 7 для выхода газа. С помощью подпитывающего патрубка 8 электролизер сообщается по электролиту с напорной емкостью 9 в нижней части конструкции. В напорной емкости 9 выполнено отверстие 10, герметично закрытое в процессе работы устройства.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом эксплуатации аппарата электролизер через отверстие 10 в напорной емкости 9, патрубок 8 и отверстия 4 в электродах 2 заполняется электролитом. После подачи на электролизер напряжения начинается процесс разложения воды и образования газа. Давление в межэлектродном пространстве повышается, и часть электролита через патрубок 8 перетекает в емкость 9. При этом уровень воды в напорной емкости повышается, и давление становится равным давлению в электролизере. После того, как давления сравняются, процесс вытеснения электролита из электролизера в напорную емкость прекратится. В напорной емкости над уровнем воды находится сжатый воздух, а газовая смесь кислорода и водорода поступает через отверстие в фланце 5 в средство для выхода газа. При этом уровень электролита в ячейках не понизится ниже уровня, на котором выполнены отверстия 4. После завершения работы давление в электролизере упадет, и вода из напорной емкости возвратится в электролизер. Давление в напорной емкости понизится.

В перерывах между работой в напорную емкость периодически доливается дистиллированная вода для компенсации уже разложившейся на кислород и водород в процессе электролиза.

Таким образом, заявляемое техническое решение по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами:
- повышается безопасность эксплуатации;
- при повышении давления газа в электролизере уровень электролита не понижается ниже минимально допустимого за счет вытеснения электролита из электролизера;
- электролит вытесняется в напорную емкость, не связанную с газоотводящим трактом.

Источники информации
1. Патент РФ N 2024650, МПК C 25 B 1/04, опубл. 15.12.94.

2. Патент РФ N 2048609, МПК C 25 B 1/04, опубл. 20.11.95.

3. Патент СССР N 1838058, A3 МПК B 23 K 5/00, C 25 B 9/00, опубл. 30.08.93 (прототип).

Изобретение относится к сварочному оборудованию и может быть использовано для газопламенной обработки материалов в промышленности, быту, при ремонте автомобилей и т.д. Технический результат - расширение диапазона рабочих характеристик устройства и повышение безопасности при его эксплуатации. Устройство содержит электролизер, состоящий из ряда электролитических ячеек, образованных диэлектрическими прокладками и электродами, сообщающимися по газу и по электролиту. Ячейки расположены между двумя стяжными фланцами. Во фланце выполнено отверстие для соединения по газу электролизера со средством для выхода газа. С помощью подпитывающего патрубка электролизер сообщается по электролиту с напорной емкостью в нижней части конструкции. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для получения кислорода и водорода, содержащее напорную емкость, сообщающуюся по электролиту с электролизером, состоящим из ряда электролитических ячеек, сообщающихся между собой по газу и электролиту, и средство для выхода газа, сообщающееся с электролизером по газу, отличающееся тем, что напорная емкость изолирована от средства для выхода газа и в напорной емкости выполнено герметично закрытое отверстие. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что последовательно соединенные по электролиту электролитические ячейки сообщаются по электролиту на уровне выше минимально допустимого уровня электролита в ячейке.