ЭЛЕКТРОЛИЗНО-ВОДНЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 2015 года по МПК C25B1/04 B23K5/00 

Изобретение относится к газопламенной обработке материалов водородно-кислородным пламенем с получением водородно-кислородной смеси электролизом воды непосредственно на месте сварки в электролизно-водных генераторах (термин «электролизно-водный генератор» - по ГОСТ 2601-84, термин 160).

Известны биполярные [1] и монополярно-биполярные [2] электролизно-водные генераторы, содержащие блок дистанцированных друг от друга электродов с отверстиями для прохода электролита и газа, в которых ток подведен к концевым электродам блока. Недостаток такой конструкции - невозможность организовать циркуляцию электролита через блок электродов из-за разности потенциалов между концевыми электродами. При попытке прокачать электролит через такой блок, т.е. подвести электролит к одному концу блока и отвести через другой, произойдет короткое замыкание через электролит. Поэтому блок электродов только подпитывают электролитом с одного конца, компенсируя расход воды на образование водородно-кислородной смеси. Но при электролизе разлагается только вода, а щелочь остается. В результате с течением времени концентрация щелочи в блоке электродов в разы превышает исходную концентрацию в электролите, что приводит к существенному увеличению расхода тока на нагрев электролита. Проблема при этом не столько в росте расходов на электричество, сколько в сложности отведения из электролизера возрастающего количества тепла.

Наиболее близким к предлагаемой конструкции, принятым за прототип, является электролизно-водный генератор [3]. Его электролизер содержит блок биполярных электродов, помещенный в стакан из диэлектрического материала, охватывающий электроды по периметру без зазоров и погруженный в корпус с электролитом, а проводники для подвода тока подключены к концевым электродам блока. Недостатки этой конструкции - не только невозможность организовать циркуляцию электролита (как во всех электролизерах с подводом тока к концам электродного блока), но еще и образование трещин в диэлектрическом стакане. Причина трещин - постепенная усадка материала диэлектрического стакана вследствие многократного нагревания и охлаждения электролита при эксплуатации электролизера. Усадка создает трехосное растяжение материала стакана на перегибе от его цилиндрической поверхности к дну. Трехосное растяжение вызывает образование трещин на перегибе, выводя электролизер из строя.

Предложен электролизно-водный генератор, с биполярным или монополярно-биполярным электролизером, показанный на фиг. 1. Он содержит корпус 1 с электролитом 2, в который погружен блок 3 дистанцированных друг от друга электродов с отверстиями для прохода водородно-кислородной смеси и электролита и проводниками 4, 5 для подвода тока к электродам, отличающийся тем, что упомянутый блок электродов помещен в трубу 6 из диэлектрического материала, охватывающую электроды по периметру без зазоров, один полюс источника питания электролизера подключен к электроду 8 в центре блока, другой - к обоим концевым электродам 7.

Преимущества предлагаемого генератора по сравнению с прототипом:

1. Разность потенциалов между концевыми электродами блока равна нулю. Это позволяет организовать циркуляцию электролита через блок электродов и емкость с запасом электролита, т.е. можно прокачивать электролит через блок, подавая его из емкости в один конец блока и отводя с другого конца в ту же емкость. Прокачка обеспечит стабилизацию состава электролита в блоке.

2. Можно подвести электролит из емкости с запасом электролита к одному концу блока электродов, а отводить газ с другого конца, ликвидировав противоток «газ-жидкость» в блоке электродов.

3. Отпадает проблема трещин из-за трехосного растяжения, т.к. у диэлектрической трубы, охватывающей блок электродов, нет донышек.

Если корпус 1 электролизера металлический, то

1) плюс источника питания следует соединять с центральным электродом блока, а минус - с обоими концевыми; такая полярность подключения исключает возможность анодного коррозионного повреждения корпуса при нарушении сплошности диэлектрической трубы;

2) минусовой провод от источника питания можно подвести не к концевым электродам блока, а к корпусу 1, т.е. к блоку подвести только один провод.

В обоих случаях исключается возможность локального анодного растворения металлического корпуса электролизера.

Нулевая разность потенциалов между концевыми электродами блока электродов описываемой конструкции позволяет поместить в один корпус с электролитом два или несколько труб из диэлектрического материала с блоком электродов в каждой из них, соединив их параллельно. При этом, как и в однотрубной конструкции, плюс источника питания соединяют с центральным электродом, а минус - с обоими концевыми электродами каждого блока. В соответствии с изложенным, были изготовлены электролизно-водные генераторы мощностью 4,5 и 7 кВА - однотрубные, мощностью 14 кВА - двухтрубные и мощностью 28 кВА - четырехтрубные. Опыт эксплуатации этих генераторов подтвердил эффективность предложенных технических решений.

Литература

1. Корж В.Н., Попиль Ю.С. Обработка металлов водородно-кислородным пламенем. Киев: «Екотехнологiя», 2010. - 194 с.

2. Патент RU 2475343 С1, 23.08.2011

3. Патент RU 2476623 С1, 23.08.2011.

Изобретение относится к электролизно-водному генератору для получения смеси водорода и кислорода электролизом воды при газопламенной обработке материалов, биполярный или монополярно-биполярный, содержащий корпус с электролитом, погруженный в электролит блок дистанцированных друг от друга электродов с отверстиями для прохода водородно-кислородной смеси и электролита и проводники для подвода тока к электродам. При этом упомянутый блок электродов помещен в трубу из диэлектрического материала, охватывающую электроды без зазоров по периметру, один провод, подводящий ток, подключен к электроду в центре блока, другой - к обоим концевым электродам. Использование настоящего изобретения позволяет стабилизировать состав электролита в блоке, ликвидировать противоток «газ-жидкость» в блоке электродов, решает проблему трещин из-за трехосного расширения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электролизно-водный генератор для получения смеси водорода и кислорода электролизом воды при газопламенной обработке материалов, биполярный или монополярно-биполярный, содержащий корпус с электролитом, погруженный в электролит блок дистанцированных друг от друга электродов с отверстиями для прохода водородно-кислородной смеси и электролита и проводники для подвода тока к электродам, отличающийся тем, что упомянутый блок электродов помещен в трубу из диэлектрического материала, охватывающую электроды без зазоров по периметру, один провод, подводящий ток, подключен к электроду в центре блока, другой - к обоим концевым электродам.

2. Электролизно-водный генератор по п.1, отличающийся тем, что его корпус выполнен металлическим, плюс источника питания подключен к центральному электроду блока электродов, а минус - к концевым электродам.

3. Электролизно-водный генератор по п.1, отличающийся тем, что в корпус с электролитом погружены дополнительно одна или несколько труб из диэлектрического материала с блоком электродов в каждой из них, при этом блоки электродов соединены параллельно.