УПЛОТНЕНИЕ ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ И ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ РЕЗЕРВУАР, ВКЛЮЧАЮЩИЙ УПЛОТНЕНИЕ Российский патент 2022 года по МПК C25B13/02 C25B11/02 C25B9/23 F16J15/12 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к уплотнению, применяемому в электролизере, и к электролизеру, включающему уплотнение.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В качестве электролизера для электролиза щелочных водных растворов, электролиза чистой воды, электролиза неочищенной воды, электролиза соляных растворов, электролиза водных растворов хлоридов, электролиза водных растворов бромидов, электролиза водных растворов соляной кислоты, электролиза водных растворов серной кислоты и подобных растворов, часто применяют электролизер, в котором между анодом и катодом установлена разделительная пластина, и анод и катод разделены разделительной пластиной. Электролит, который направляют в электролизер, получаемые при электролизе газы, такие как газообразный водород, газообразный кислород, газообразный хлор и газообразный галоген, которые образуются при электролизе, и электролит, находящийся в электролизере, не должны просачиваться из электролизера наружу через краевую часть разделительной пластины. Если происходит утечка получаемого при электролизе газа, электролита или подобного вещества, то непрерывная работа установки становится невозможной, и, кроме того, могут возникать проблемы с выполнением операций и выбросами в окружающую среду.

Традиционно для предотвращения утечки электролита, получаемого при электролизе газа или подобного вещества через краевую часть разделительной пластины электролизера, как описано выше, между анодом и катодом устанавливают два тонколистовых уплотнения (уплотнения из тонколистового материала) или четыре или два О-образных уплотнительных кольца, которые предотвращают утечку получаемого при электролизе газа, электролита или подобного вещества, и размещают разделительную пластину между этими герметизирующими элементами.

Если в электролизере применяют, например, как описано выше, четыре О-образных уплотнительных кольца 5, показанных на Фиг. 6, то со стороны электролизера между двумя О-образными уплотнительными кольцами 5 размещена разделительная пластина, и на наружной стороне периферической части электролизера установлены два О-образных уплотнительных кольца 5, которые предотвращают утечку электролита из электролизера. Следует отметить, что в случае применения в качестве разделительной пластины ионообменной мембраны, которая имеет форму пленки, утечка в результате просачивания жидкости, имеющая место при применении разделительной пластины, отсутствует, и поэтому электролизер герметизируют только двумя О-образными уплотнительными кольцами.

Кроме того, в Патентном документе 1 и Патентном документе 2, которые относятся к описанному выше электролизеру и в которых рассмотрен традиционный способ применения тонколистового уплотнения в качестве герметизирующего элемента, описана конструкция, показанная на Фиг. 7(A). В этом способе металлическая рама 2 анода, на которой закреплен анод 1, снабжена анодным уплотнением 7, металлическая рама 4 катода, на которой закреплен катод 3, снабжена катодным уплотнением 8, и между парой (двумя) уплотнений 7 и 8 размещена разделительная пластина 6.

Однако в результате исследований, проведенных авторами настоящего изобретения, было обнаружено, что, если в описанном выше электролизере разделительная пластина 6 размещена внутри конструкции, включающей О-образные уплотнительные кольца 5, или внутри конструкции, включающей два уплотнения 7 и 8, в частности, если разделительная пластина 6 в электролизере представляет собой пористую мембрану, то электролизер имеет следующий дефект. В каждой из вышеуказанных конструкций разделительная пластина 6 закреплена с помощью совокупности герметизирующих элементов посредством размещения краевой части разделительной пластины 6 между этими элементами, что позволяет предотвращать утечку электролита или получаемого при электролизе газа из электролизера и поддерживать воздухонепроницаемость электролизера. Это приводит к необходимости в размещении совокупности герметизирующих элементов, таких как уплотнения и О-образные кольца. В частности, в электролитической установке типа фильтр-пресса, в которой электролизеры расположены один поверх другого, необходимо использовать большее количество герметизирующих элементов, таких как уплотнения. При увеличении количества герметизирующих элементов возникают, например, такие проблемы, как выпячивание, вызываемое смещением положения уплотнений, и в результате выпячивания или подобных проблем происходит утечка жидкости. Если применяют конфигурацию, показанную на Фиг. 7(A), в которой разделительная пластина размещена между двумя уплотнениями, то при сборке крупного электролизера требуется определенное время и усилие для монтажа мембраны в уплотнениях. Кроме того, разделительная пластина также может выступать наружу из электролизера, выходя из зазора между двумя уплотнениями. Однако в том случае, если применяют конфигурацию, включающую два уплотнения, и вместо ионообменной мембраны применяют диафрагму (разделительную пластину), то электролит или получаемый при электролизе газ может вытекать из электролизера через небольшой зазор, образованный двумя уплотнениями, как показано на Фиг. 7(B).

Кроме того, как описано выше, в электролизере, включающем уплотнение, применяемое согласно другому традиционному способу, имеется рассмотренная далее конструкция, описанная в Патентном документе 3. В частности, известна конструкция, образованная одним уплотнением 9, как показано на Фиг. 8. Уплотнение 9 имеет первую поверхность 10, которая находится в контакте с металлической рамой 2 анода, и вторую поверхность 11, которая находится в контакте с металлической рамой 4 катода и снабжена пазом 12, который имеет кольцевую форму и сообщается с внутренней частью электролизера. Более подробно, как показано на Фиг. 8, оригинальная деталь 13 проходит от продольного верхнего конца до средней части уплотнения 9, нижняя часть оригинальной детали 13 сконструирована в виде части 14, образующей паз, и в центральном участке части 14, в которой образован паз, имеется паз 12, сконструированный таким образом, что он располагается по существу параллельно первой поверхности 10 и второй поверхности 11 уплотнения 9 и сообщается с внутренней частью электролизера. В этом примере краевая часть разделительной пластины 6 введена в паз 12, и разделительная пластина 6 удерживается уплотнением 9, имеющим описанную выше конструкцию.

Если уплотнение 9 имеет описанную выше конструкцию, то уплотнение 9 состоит из одного элемента, и, таким образом, например, в данном случае нет риска утечки электролита или получаемого при электролизе газа через краевую часть уплотнения, который имеется при размещении разделительной пластины между совокупностью уплотнений, как показано на Фиг. 7(B). По этой причине, если применяют уплотнение, имеющее конструкцию, показанную на Фиг. 8, то вероятность утечки электролита или получаемого при электролизе газа, может быть снижена по сравнению с вариантом применения уплотнения, имеющего конструкцию, показанную на Фиг. 7(A).

Однако в результате исследований, проведенных авторами настоящего изобретения, было обнаружено, что при применении уплотнения, имеющего конструкцию, показанную на Фиг. 8, возникают другие проблемы, которые описаны ниже. Если разделительная пластина удерживается уплотнением, имеющим конструкцию, показанную на Фиг. 8, то внутри тонколистового (листового) уплотнения 9 требуется сделать паз 12, проходящий параллельно первой поверхности 10 и второй поверхности 11 уплотнения 9. С другой стороны, для дальнейшего снижения вероятности утечки электролита или получаемого при электролизе газа необходима высокая точность соблюдения требуемой длины и толщины паза 12 при его изготовлении и, таким образом, высокая квалификация производителя. Кроме того, при монтаже разделительной пластины в уплотнении, имеющем конструкцию, показанную на Фиг. 8, необходима плотная фиксация краевой части тонколистовой разделительной пластины 6 глубоко внутри паза 12 таким образом, чтобы не образовывался зазор, но это сделать непросто. Из-за этого монтаж разделительной пластины требует времени и сил, и, кроме сложностей изготовления, существуют проблемы пригодности к обработке.

В указанном выше Патентном документе 3 для устранения описанного выше дефекта рассмотрена следующая конструкция. Рассмотрена конструкция, снабженная разделяющейся деталью, которая непрерывно разделяется на первую поверхность и первую часть, первая часть - на поверхности, которые по отдельности образуют паз, или разделяющейся деталью, которая непрерывно разделяется на вторую поверхность и вторую часть, вторая часть - на поверхности, которые по отдельности образуют паз. При введении разделительной пластины в паз первая часть или вторая часть поворачиваются под действием разделяющей детали, в результате чего разделительная пластина входит в паз. Однако для введения разделительной пластины в уплотнение описанным образом вблизи паза должна быть сформирована разделяющаяся деталь, что значительно усложняет конструкцию уплотнения. Соответственно, в случае применения описанной выше конструкции средства для улучшения функциональности при установке разделительной пластины в уплотнение увеличивают сложность изготовления, усложняя работу и повышая себестоимость уплотнения. Кроме того, если в описанной выше конфигурации имеется лишь небольшая разность толщины разделительной пластины и глубины паза, то прочное удержание разделительной пластины глубоко внутри паза в уплотнении сильно затрудняется.

Кроме того, применение конструкции уплотнения, описанной в упомянутом выше Патентном документе 2, не создает таких проблем, которые описаны выше, но в результате исследований, проведенных авторами настоящего изобретения, были обнаружены другие серьезные технические проблемы, рассмотренные далее. Если в конструкции уплотнения, описанной в Патентном документе 2, в уплотнение помещают разделительную пластину, то разделительная пластина располагается в середине промежутка, образованного между обращенными друг к другу анодом и катодом. Таким образом, если разделительная пластина удерживается описанным выше уплотнением, то конструкционно разделительная пластина не находится в контакте ни с анодом, ни с катодом, как показано на Фиг. 7(A). По этой причине прочная фиксация тонколистовой разделительной пластины маловероятна, и в процессе проведения электролиза будут постоянно происходить колебания разделительной пластины в разные стороны, обусловленные ее нестабильным состоянием, и между анодом и катодом и разделительной пластиной в результате контактного трения будут возникать нежелательные явления, что приведет к неизбежному и преждевременному разрушению разделительной пластины. Таким образом, кроме указанных выше проблем, описанные выше традиционные методики имеют недостаток, связанный с долговечностью зафиксированной разделительной пластины.

Цитируемые документы

Патентные документы:

Патентный документ 1: Опубликованный для ознакомления патентный документ (выложенная заявка) JP 2002-332586

Патентный документ 2: Опубликованный для ознакомления патентный документ (выложенная заявка) JP 2011-6767

Патентный документ 3: Международная патентная заявка WO 2014/178317

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая задача

Задача настоящего изобретения состоит в создании уплотнения для электролизера, имеющего большое практическое значение, как описано ниже, и в создании электролизера, включающего такое уплотнение. Так, уплотнение электролизера имеет простую конструкцию и может быть легко изготовлено; разделительная пластина может быть легко присоединена чрезвычайно простым образом (действием) с помощью этого уплотнения; разделительная пластина может стабильно удерживаться и не изгибаться во время работы электролизера, и, таким образом, уплотнение электролизера отличается высокой долговечностью разделительной пластины во время работы электролизера и может эффективно предотвращать утечку электролита или получаемого при электролизе газа из электролизера, то есть выполнять основную функцию уплотнения.

Решение задачи

Поставленная задача может быть решена с помощью настоящего изобретения, которое описано ниже.

В качестве первого решения настоящим изобретением предусмотрено описанное ниже уплотнение для электролизера.

[1] Уплотнение для электролизера, устанавливаемое в электролизере, который включает: анод, катод и листовую разделительную пластину, которая разделяет анод и катод, где уплотнение для электролизера предназначено для удержания разделительной пластины, где

электролизер включает: металлическую раму анода, имеющую форму картинной рамы, в центральной части которой имеется отверстие для создания анодной камеры; и металлическую раму катода, имеющую такую же форму, что и металлическая рама анода, в центральной части которой имеется отверстие для создания катодной камеры; при этом анод установлен в отверстии металлической рамы анода, катод установлен в отверстии металлической рамы катода, и уплотнение для электролизера плотно зафиксировано между металлической рамой анода и металлической рамой катода,

уплотнение для электролизера включает одну тонколистовую раму, имеющую форму картинной рамы, форма которой приблизительно совпадает с формой металлической рамы анода и металлической рамы катода,

тонколистовая рама, имеющая форму картинной рамы, включает: первую поверхность, находящуюся в тесном контакте с металлической рамой анода; и вторую поверхность, находящуюся в тесном контакте с металлической рамой катода; где тонколистовая рама имеет конструкцию, полученную после образования на любой из следующих поверхностей: первой поверхности и второй поверхности углубления, имеющего разность уровней, приблизительно совпадающую с толщиной разделительной пластины, где углубление образовано с помощью неглубокого снятия одинаковой толщины с участка, включающего край тонколистовой рамы со стороны анода или катода, и

краевая часть разделительной пластины вставлена в зазор, образованный между углублением и металлической рамой анода или металлической рамой катода, и разделительная пластина удерживается на месте ближе к поверхности анода или ближе к поверхности катода.

Настоящее изобретение относится к следующим уплотнениям для электролизера, которые представляют собой предпочтительные примеры осуществления описанного выше уплотнения для электролизера.

[2] Уплотнение для электролизера согласно пункту [1], к которому дополнительно присоединен стопор уплотнения, имеющий электроизоляционные свойства, который прижат к наружной периферической поверхности уплотнения для электролизера.

[3] Уплотнение для электролизера согласно пункту [1] или [2], где уплотнение для электролизера получено из материала, включающего эластичное вещество, коррозионностойкое по отношению к электролиту и получаемому при электролизе газу.

[4] Уплотнение для электролизера согласно любому из пунктов [1]-[3], в котором на сторону анода, обращенную к разделительной пластине, нанесено активированное анодное покрытие, или к стороне анода, обращенной к разделительной пластине, присоединена мелкоячеистая анодная сетка, на которую нанесено активированное анодное покрытие, и/или на сторону катода, обращенную к разделительной пластине, нанесено активированное катодное покрытие, или к стороне катода, обращенной к разделительной пластине, присоединена мелкоячеистая катодная сетка, на которую нанесено активированное катодное покрытие.

[5] Уплотнение для электролизера согласно пункту [4], в котором между мелкоячеистой анодной сеткой и анодом и/или между мелкоячеистой катодной сеткой и катодом закреплен пружинящий материал, обеспечивающий нулевой зазор между анодом и катодом.

[6] Уплотнение для электролизера согласно любому из пунктов [1]-[5], в котором как анод, так и катод включает любой из материалов, независимо выбранных из группы, состоящей из просечно-вытяжной сетки, перфорированной пластины, металлической проволоки и электропроводных материалов для получения электродов, каждый из которых имеет форму, аналогичную форме одного из перечисленных: просечно-вытяжной сетки, перфорированной пластины и металлической проволоки, и каждый из которых имеет большое количество отверстий.

[7] Уплотнение для электролизера согласно любому из пунктов [1]-[6], в котором рама анодной камеры, формирующая анодную камеру, соединена с задней поверхностью металлической рамы анода, а рама катодной камеры, формирующая катодную камеру, соединена с задней поверхностью металлической рамы катода.

[8] Уплотнение для электролизера согласно пункту [7], в котором металлическая рама анода образована в виде части рамы анодной камеры, а металлическая рама катода образована в виде части рамы катодной камеры.

[9] Уплотнение для электролизера согласно любому из пунктов [1]-[8], в котором разделительная пластина удерживается в таком состоянии, в котором вся площадь одной поверхности разделительной пластины, за исключением краевой части, вставленной в зазор, находится в контакте с анодом или мелкоячеистой анодной сеткой, присоединенной к аноду, или в таком состоянии, в котором вся площадь одной поверхности разделительной пластины, за исключением краевой части, вставленной в зазор, находится в контакте с катодом или мелкоячеистой катодной сеткой, присоединенной к катоду.

[10] Уплотнение для электролизера согласно любому из пунктов [1]-[9], в котором:

каждое из перечисленных устройств: анод, металлическая рама анода, рама анодной камеры, катод, металлическая рама катода, и рама катодной камеры включает материал, включающий по меньшей мере один из материалов, выбранных из группы, состоящей из никеля, нержавеющей стали, железа и сплавов перечисленных металлов;

разделительная пластина включает пористую разделительную пластину, проницаемую для водных растворов;

каждый из электролитов, подаваемых в анодную камеру и катодную камеру, соответственно, представляет собой водный раствор щелочи, образованной щелочным металлом, имеющий обычный состав; и

электролизер представляет собой электролизер для электролиза щелочных водных растворов.

[11] Уплотнение для электролизера согласно любому из пунктов [1]-[9], в котором:

каждое из перечисленных устройств: анод, металлическая рама анода и рама анодной камеры включает титан или сплав титана;

каждое из перечисленных устройств: катод, металлическая рама катода и рама катодной камеры включает материал, включающий по меньшей мере один из материалов, выбранных из группы, состоящей из никеля, нержавеющей стали, железа и сплавов перечисленных металлов;

разделительная пластина включает катионообменную мембрану;

электролиты, подаваемые в анодную камеру и катодную камеру, соответственно, включают анолит (электролит прианодной области) и католит (электролит прикатодной области), соответственно;

католит включает водный раствор щелочи, образованной щелочным металлом;

анолит включает водный раствор галогенопроизводного щелочного металла; и

электролизер представляет собой электролизер для электролиза соляного раствора.

Другие примеры осуществления настоящего изобретения относятся к нижеследующим электролизерам.

[12] Электролизер, включающий уплотнение для электролизера согласно любому из пунктов [1]-[11].

[13] Электролизер согласно пункту [12], дополнительно включающий конструкцию для проведения электролиза в условиях нахождения электролита под давлением.

[14] Электролизер, включающий уплотнение для электролизера согласно любому из пунктов [1]-[11], в котором первая поверхность, которая образует уплотнение, прикреплена клеящим веществом к анодной раме, которая находится в контакте с первой поверхностью, или вторая поверхность, которая образует уплотнение, прикреплена к катодной раме, которая находится в контакте со второй поверхностью.

Полезные эффекты изобретения

Согласно настоящему изобретению, может быть предусмотрено уплотнение для электролизера, имеющее большое практическое значение, как описано ниже, и электролизер, включающий такое уплотнение. Так, уплотнение для электролизера имеет простую конструкцию и может быть легко изготовлено; разделительная пластина может быть легко присоединена в результате чрезвычайно простой манипуляции (действия) с помощью уплотнения; разделительная пластина может стабильно удерживаться и не изгибаться при проведении электролиза, и, таким образом, уплотнение для электролизера обеспечивает высокую долговечность разделительной пластины при проведении электролиза и может эффективно предотвращать утечку электролита или получаемого при электролизе газа из электролизера, то есть выполнять основную функцию уплотнения.

Более подробно, согласно настоящему изобретению, включение в конструкцию уплотнения для электролизера соответствующего углубления, как описано ниже, позволяет изготавливать уплотнение для электролизера, которое может обеспечивать следующее: стабильное удержание разделительной пластины за счет помещения краевой части (концевой части) разделительной пластины в углубление в требуемом состоянии; разделительная пластина может быть легко присоединена, поскольку для удержания разделительной пластины требуется простая манипуляция, и, таким образом, уплотнение имеет хорошие эксплуатационные качества; и конструкция имеет низкую себестоимость. Таким образом, описанные выше результаты могут быть достигнуты с помощью конструкции, в которой образовано углубление, описанное ниже. Так, в электролизер включено уплотнение для электролизера, конструкция которого отличается тем, что она включает одну тонколистовую раму, имеющую форму картинной рамы, форма которой приблизительно совпадает с формой металлической рамы анода и металлической рамы катода, и либо на первой поверхности, находящейся в контакте с металлической рамой анода, либо на второй поверхности, находящейся в контакте с металлической рамой катода, формируют углубление, имеющее разность уровней, приблизительно совпадающую с толщиной разделительной пластины, где углубление образовано с помощью неглубокого снятия одинаковой толщины с участка, включающего край тонколистовой рамы со стороны анода или катода.

Согласно настоящему изобретению, применение в электролизере уплотнения для электролизера, имеющего углубление описанной выше особой конструкции, позволяет вставлять краевую часть разделительной пластины в зазор, образованный между углублением и металлической рамой анода или металлической рамой катода, в результате чего центральная часть закрепленной разделительной пластины удерживается либо ближе к поверхности анода, либо ближе к поверхности катода, что с меньшей вероятностью может приводить к изгибу, образованию неровностей или к искривлению разделительной пластины, и позволяет стабильно удерживать разделительную пластину в нормальном положении в течение длительного периода времени без нежелательной нагрузки на пластину или без повреждения разделительной пластины.

Дополнительно, если уплотнение для электролизера согласно настоящему изобретению применяют в электролизере, то вся площадь одной поверхности разделительной пластины, за исключением краевой части, вставленной в зазор, находится в контакте с анодом или мелкоячеистой анодной сеткой, присоединенной к аноду, или в контакте с катодом или мелкоячеистой катодной сеткой, присоединенной к катоду, и не удерживается в нестабильном состоянии в средней части промежутка между анодом и катодом, что происходит при применении традиционного уплотнения. По этой причине применение уплотнения для электролизера согласно настоящему изобретению в электролизере снижает вероятность изгиба, образования неровностей или искривления закрепленной разделительной пластины, и усиливает описанный выше эффект стабильной фиксации разделительной пластины в нормальном положении в течение длительного периода времени без нежелательной нагрузки на пластину или без повреждения разделительной пластины.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На Фиг. 1 схематично представлена конфигурация одного из примеров уплотнения для электролизера согласно настоящему изобретению.

На Фиг. 2 схематично представлен один из примеров электролизера, включающего уплотнение для электролизера согласно настоящему изобретению.

На Фиг. 3 схематично показано как разделительная пластина удерживается с помощью уплотнения для электролизера согласно настоящему изобретению.

На Фиг. 4 схематично представлен другой пример электролизера, включающего уплотнение для электролизера согласно настоящему изобретению.

На Фиг. 5 схематично представлен один из примеров способа удержания разделительной пластины в уплотнении для электролизера согласно настоящему изобретению.

На Фиг. 6 схематично представлена конфигурация одного из примеров традиционного О-образного кольцевого уплотнения для электролизера.

На Фиг. 7(A) схематично представлена конфигурация одного из примеров традиционного уплотнения для электролизера.

На Фиг. 7(B) схематично представлена конфигурация другого примера традиционного уплотнения для электролизера и ситуация, в которой электролит вытекает из электролизера.

На Фиг. 8 схематично представлена конфигурация другого примера традиционного уплотнения для электролизера.

СВЕДЕНИЯ. ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже описаны предпочтительные примеры осуществления настоящего изобретения, однако настоящее изобретение не ограничено приведенными примерами осуществления. В подробном описании настоящего изобретения сначала будет рассмотрено уплотнение для электролизера согласно настоящему изобретению со ссылками на Фиг. 1, где схематично представлен один из примеров конструкции уплотнения для электролизера согласно настоящему изобретению.

Как показано на Фиг. 1, уплотнение 17 для электролизера согласно настоящему изобретению имеет первую поверхность 18, находящуюся в контакте с металлической рамой 2 анода, и вторую поверхность 19, находящуюся в контакте с металлической рамой 4 катода; уплотнение 17 для электролизера, металлическая рама 2 анода и металлическая рама 4 катода имеют в своей центральной части отверстие и сконструированы в виде картинной рамы квадратной, круглой или подобной формы. Уплотнение для электролизера согласно настоящему изобретению, пример которого показан на Фиг. 1, имеет конструкцию, формирование которой включает создание углубления 20, имеющего разность уровней, приблизительно совпадающую с толщиной разделительной пластины 6; такое углубление формируют на первой поверхности 18 уплотнения 17 для электролизера, состоящего из тонколистовой рамы, имеющей форму картинной рамы, с помощью неглубокого снятия одинаковой толщины с участка, включающего край тонколистовой рамы со стороны анода, от точки вблизи центра тонколистовой рамы до ее края со стороны анодной камеры. В результате, как показано на Фиг. 1 и Фиг. 5, если в электролизере установлено уплотнение для электролизера согласно настоящему изобретению, то краевую часть разделительной пластины 6 легко вводят вовнутрь (в часть с разностью уровней) углубления 20, и пластина плотно удерживается в зазоре между уплотнением 17 для электролизера и металлической рамой 2 анода. В примере, представленном на Фиг. 1, углубление 20 изготавливают на первой поверхности 18, находящейся в контакте с металлической рамой 2 анода; тем не менее, может быть изготовлена конструкция, в которой углубление 20 формируют на второй поверхности 19, находящейся в контакте с металлической рамой 4 катода.

Числовым обозначением 21 на Фиг. 1 обозначен изолирующий стопор, который представляет собой элемент, предотвращающий перемещения уплотнения 17 для электролизера вверх и вниз, а также предотвращающий выход уплотнения за пределы металлической рамы при удерживании разделительной пластины 6. Как показано на Фиг. 1, стопор присоединен так, что он находится в тесном контакте с наружной периферической поверхностью уплотнения 17 для электролизера. Форма стопора 21 соответствует форме электролизера и имеет конструкцию круглой или прямоугольной рамы. Стопор 21 может повышать воздухонепроницаемость электролизера 24 (см. Фиг. 2 и др.) за счет предотвращения смещения уплотнения, и, таким образом, стопор 21 эффективно выполняет свои функции в случае электролизера большой производительности, включающего большое количество ячеек, или в случае проведения операций под давлением. Следует отметить, что на Фиг. 2 показан пример, в котором электролизер снабжен двумя камерами, анодной камерой и катодной камерой, но изобретение также относится к электролизеру, который включает совокупность установленных подряд анодных камер и катодных камер.

Анод 1, изготовленный в виде пластины или в виде сетки, состоит из любого из материалов, выбранных из группы, состоящей из просечно-вытяжной сетки, перфорированной пластины, металлической проволоки и электропроводных материалов для получения электродов, каждый из которых имеет форму, аналогичную любой из следующих форм: просечно-вытяжной сетки, перфорированной пластины и металлической проволоки, то есть любой из применяемых анодов имеет большое количество отверстий, и анод установлен в просвете, образованном в центральной части металлической рамы 2 анода. Кроме того, катод 3, изготовленный в виде пластины или в виде сетки, состоит из любого из материалов, выбранных из группы, состоящей из просечно-вытяжной сетки, перфорированной пластины, металлической проволоки и электропроводных материалов для получения электродов, каждый из которых имеет форму, аналогичную любой из следующих форм: просечно-вытяжной сетки, перфорированной пластины и металлической проволоки, то есть любой из применяемых катодов имеет большое количество отверстий, и катод установлен в отверстии, образованном в центральной части металлической рамы 4 катода. Разделительную пластину 6 устанавливают, вставляя ее краевую часть (концевую часть) в описанное выше углубление 20 в уплотнении 17 для электролизера, и вся площадь одной поверхности разделительной пластины 6, за исключением захваченной части, находится в контакте с анодом 1.

На Фиг. 3 схематично представлена конфигурация, применяемая для удержания разделительной пластины 6 в уплотнении 17 для электролизера согласно настоящему изобретению. В примере, показанном на Фиг. 3, уплотнение 17 для электролизера состоит из одной тонколистовой рамы, имеющей форму картинной рамы, причем на одной из поверхностей (поверхности со стороны анода) рамы с помощью неглубокого снятия одинаковой толщины с рамы образовано углубление 20, проходящее от участка вблизи центра рамы по направлению к краю рамы со стороны анодной камеры. Глубина (разность уровней) углубления 20 приблизительно равна толщине разделительной пластины 6. Как показано на Фиг. 3, наружная периферическая часть разделительной пластины 6 вставлена в зазор, образованный металлической рамой 2 анода и углублением 20, и полностью вмещается в углубление 20. Имеющая форму картинной рамы листовая рама, образующая уплотнение 17 для электролизера, может иметь приблизительно такую же форму, что и металлическая рама анода и металлическая рама катода, и примеры их форм включают прямоугольную форму и круглую (кольцевую) форму.

Ниже описаны примеры осуществления настоящего изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Пример 1

На Фиг. 2 схематично представлен вид в разрезе первого примера осуществления уплотнения для электролизера согласно настоящему изобретению, применяемого в электролизере для электролиза щелочных водных растворов 24. Для электролиза щелочного водного раствора применяют электролизер 24 для электролиза щелочных водных растворов, и в качестве электролита используют водный раствор KOH или водный раствор NaOH с концентрацией от 25% масс. до 35% масс. При подаче такого электролита в анодную камеру 15 и катодную камеру 16 и проведении электролиза, из анодной камеры 15 системы извлекают электролит и газообразный кислород, и из катодной камеры 16 системы извлекают электролит и газообразный водород. За пределами системы извлеченные электролиты смешивают и подают рециклом в анодную камеру 15 и катодную камеру 16, выполняя, таким образом, непрерывный электролиз.

Как показано на Фиг. 2, электролизер 24 для электролиза щелочных водных растворов согласно настоящему изобретению имеет металлическую раму 2 анода; анод 1, присоединенный к металлической раме 2 анода; анодную камеру 15, включающую анод 1; металлическую раму 4 катода, имеющую такую же форму, что и металлическая рама 2 анода; катод 3, присоединенный к металлической раме 4 катода; и разделительную пластину 6, которая разделяет анод 1 и катод 3 и установлена между анодом 1 и катодом 3. Характеристикой электролизера 24 для электролиза щелочных водных растворов является то, что разделительная пластина 6 удерживается в положении, показанном на Фиг. 2, с помощью уплотнения 17 для электролизера, которое размещено между металлической рамой 2 анода и металлической рамой 4 катода и имеет определенную форму. Так, на Фиг. 2 показано, что наличие уплотнения 17 для электролизера согласно настоящему изобретению, в котором имеется углубление 20, позволяет легко и герметично помещать краевую часть разделительной пластины 6 в зазор, образованный уплотнением 17 для электролизера и металлической рамой 2 анода. В результате образуется конфигурация, в которой почти вся площадь поверхности разделительной пластины 6 со стороны анода располагается ближе к аноду 1. В приведенном выше описании представлен пример, в котором электролизер 24 для электролиза щелочных водных растворов сконструирован так, что разделительная пластина 6 расположена ближе к аноду 1, и разделительная пластина 6 удерживается в положении, показанном на Фиг. 2; однако электролизер 24 для электролиза щелочных водных растворов также может быть сконструирован так, чтобы разделительная пластина 6 находилась ближе к катоду 3 и удерживалась в положении, аналогичном описанному выше - в этом случае также может быть достигнут полезный эффект настоящего изобретения.

Металлическая рама 2 анода имеет отверстие, образующее анодную камеру в центральной части. Например, рама имеет форму картинной рамы, такой как прямоугольная или круглая (кольцевая) рама. Анод 1 установлен в отверстии металлической рамы 2 анода. Анод 1 состоит из просечно-вытяжной сетки, перфорированной пластины, металлической проволоки или любого из электропроводных материалов для получения электродов, каждый из которых имеет форму, аналогичную одной из следующих форм: просечно-вытяжной сетки, перфорированной пластины и металлической проволоки, и каждый из которых имеет большое количество отверстий. Металлическая рама 4 катода имеет ту же форму, что и металлическая рама анода, то есть форму картинной рамы, такой как прямоугольная или круглая рама с отверстием в центральной части, образующим катодную камеру. Катод 3 установлен в отверстии металлической рамы 4 катода. Катод 3 состоит из просечно-вытяжной сетки, перфорированной пластины, металлической проволоки или любого из электропроводных материалов для получения электродов, каждый из которых имеет форму, аналогичную одной из следующих форм: просечно-вытяжной сетки, перфорированной пластины и металлической проволоки, и каждый из которых имеет большое количество отверстий.

В электролизере для электролиза щелочных водных растворов согласно первому примеру осуществления для изготовления анода 1 и катода 3, состоящего из электропроводного электродного материала, применяют никелированную железную пластину, никель или сплав никеля. И металлическая рама 2 анода, и металлическая рама 4 катода также может быть изготовлена из никелированной железной пластины, никеля или сплава никеля, то есть из такого же материала, что и материал анода 1 и катода 3. Если они получены из такого же материала, то анод 1 и катод 3 могут быть присоединены сваркой или подобным способом к поверхностям разделительной пластины 6 со стороны металлической рамы 2 анода и металлической рамы 4 катода, соответственно.

Уплотнение 17 для электролизера согласно настоящему изобретению состоит из одной тонколистовой рамы, имеющей форму картинной рамы, приблизительно совпадающую с формой металлической рамы 2 анода и металлической рамы 4 катода. Как показано на Фиг. 2, уплотнение 17 для электролизера размещено при плотном прилегании между металлической рамой 2 анода и металлической рамой 4 катода. Как показано на Фиг. 1, уплотнению 17 для электролизера имеет первую поверхность 18, находящуюся в тесном контакте с металлической рамой 2 анода, и вторую поверхность 19, находящуюся в тесном контакте с металлической рамой 4 катода. Уплотнение 17 для электролизера согласно настоящему изобретению отличается тем, что на любой из следующих поверхностей: первой поверхности 18 и второй поверхности 19 имеется углубление 20 определенной формы.

Ниже углубление 20, сформированное в первой поверхности 18, рассмотрено более подробно со ссылками на Фиг. 1-3 и Фиг. 5. Углубление 20 имеет форму, образованную с помощью неглубокого снятия одинаковой толщины с участка, находящегося у края тонколистовой рамы уплотнения 17 для электролизера, которая имеет форму картинной рамы, в области от центра до края, находящегося со стороны анодной камеры 15; в результате на первой поверхности 18 образуется углубление 20, имеющее утопленную поверхность с разностью уровней определенной глубины относительно первой поверхности 18.

Как показано на Фиг. 3, разность уровней (глубина) W углубления 20 приблизительно равна толщине М разделительной пластины 6. Уплотнение для электролизера согласно настоящему изобретению имеет конструкцию, имеющую углубление 20 описанной выше определенной формы, и, таким образом, краевая часть разделительной пластины 6 может быть легко вставлена в зазор, образованный между углублением 20 и металлической рамой 2 анода, и эта часть разделительной пластины 6 может прочно удерживаться в этом положении, как показано на Фиг. 1. Как показано на Фиг. 2, применение в электролизере уплотнения 17 для электролизера согласно настоящему изобретению, которое имеет углубление 20 описанной выше определенной формы, позволят удерживать разделительную пластину 6 в таком состоянии, в котором вся поверхность, обращенная к аноду 1, расположена ближе к поверхности анода 1. То есть при применении уплотнения для электролизера согласно настоящему изобретению разделительная пластина 6 находится в контакте с поверхностью анода 1 и удерживается в стабильном состоянии со стороны анода 1, а не в середине промежутка между анодом 1 и катодом 3, что отличается от тех случаев, в которых из применяют уплотнение согласно традиционным методикам.

Как описано выше, если разделительная пластина 6 удерживается в электролизере с помощью уплотнения 17 для электролизера согласно настоящему изобретению, то вся площадь одной поверхности разделительной пластины 6, за исключением краевой части разделительной пластины 6, вставленной в углубление 20, стабильно удерживается в фиксированном положении вблизи поверхности анода 1, как показано на Фиг. 2, и, таким образом, разделительная пластина с меньшей вероятностью подвергается изгибу, сморщиванию или скручиванию, что позволяет избежать воздействия нежелательных нагрузок. Это позволяет предотвращать повреждения разделительной пластины и, таким образом, стабильно фиксировать разделительную пластину в электролизере в нормальном положении в течение длительного периода времени. Как было упомянуто выше, приведенное выше описание относится к примеру, в котором электролизер сконструирован таким образом, что разделительная пластина 6 расположена ближе к аноду 1 и удерживается в таком положении. Следует отметить, что описанные выше полезные эффекты настоящего изобретения также реализуются, если электролизер сконструирован таким образом, чтобы удерживаемая разделительная пластина 6 находилась в положении, аналогичном описанному выше, но ближе к катодной стороне 3.

В электролизере 24 для электролиза щелочных водных растворов, описанном выше, на поверхность металлической рамы 2 анода или металлической рамы 4 катода может быть нанесено коррозионно-стойкое покрытие для предотвращения местной коррозии, которая протекает при контакте между металлической рамой 2 анода или металлической рамой 4 катода и уплотнением 17 для электролизера, размещенным между ними в тесном контакте, хотя это зависит от типа используемого электролита и характеристик генерируемых газов.

Кроме того, в качестве материала для получения уплотнения 17 для электролизера предпочтительно применяют эластичное вещество, обладающее коррозионной стойкостью по отношению к электролиту и получаемому при электролизе газу. Например, могут быть выбраны и подходящим образом применены эластичные материалы, перечисленные ниже. Могут быть применены: натуральный каучук (НК), стирол-бутадиеновый каучук (СБК), хлоропреновый каучук (ХК), бутадиеновый каучук (БК), акрилонитрил-бутадиеновый каучук (НБК), кремнийсодержащий каучук (КК), этилен-пропиленовый каучук (этилен-пропиленовый терполимер, сокращенно ЭПТ), этилен-пропилен-диеновый каучук (каучук на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера, англ. ethylene-propylene diene monomer, сокр. EPDM), фторсодержащий каучук (ФК), изобутилен-изопреновый каучук (ИИК), уретановый каучук (УК), каучук на основе хлорсульфонированного полиэтилена (англ. chlorosulfonated polyethylene monomer, сокр. CSM) и подобные материалы.

Выбор материала для получения разделительной пластины 6 не имеет особых ограничений, при условии, что получаемая из него разделительная пластина проницаема для водных растворов. Например, для применения подходят разделительные пластины, полученные из асбеста, нетканого полотна из ПФС (полифениленсульфида) или устойчивого к химическим воздействиям нетканого полотна, пропитанного полимером, таким как ПТФЭ (политетрафторэтилен) или ПСФ (полисульфон). Толщина разделительной пластины составляет от приблизительно 100 мкм до приблизительно 650 мкм, и ее выбор не имеет особых ограничений.

Как показано на Фиг. 3, уплотнение 17 для электролизера согласно настоящему изобретению включает оригинальную деталь 26 в верхней части (наружная периферическая сторона тонколистовой рамы), в которой не имеется углубления, а в нижней части (центральная область тонколистовой рамы) имеет часть 27, в которой образовано углубление. Кроме того, после установки в электролизер уплотнения 17 для электролизера согласно настоящему изобретению, уплотнение имеет первую поверхность 18, находящуюся в тесном контакте с металлической рамой 2 анода, и вторую поверхность 19, находящуюся в тесном контакте с металлической рамой 4 катода. Как было указано выше, на первой поверхности 18 уплотнения 17 для электролизера образовано углубление 20, которое имеет глубину (разность уровней), приблизительно равную толщине разделительной пластины 6, причем углубление 20 образовано в части 27 для размещения углубления, в области, которая начинается от границы с описанной выше оригинальной деталью 26 и продолжается до края части 27, в которой размещено углубление. После установки в электролизере верхняя часть оригинальной детали 26 (на наружной периферической стороне), начинающаяся от части 27 для размещения углубления в первой поверхности 18, образующей уплотнение 17 для электролизера, находится в контакте с поверхностью металлической рамы 2 анода.

Символы, указывающие размеры каждой части уплотнения 17 для электролизера согласно настоящему изобретению показаны на Фиг. 2. Конкретные размеры подходящим образом выбирают в соответствии с размерами конкретных электролизеров. Кроме того, на Фиг. 3 уплотнение 17 для электролизера показано до его ввода и установки в электролизере в таком состоянии, в котором соответствующие компоненты не находятся в тесном контакте друг с другом. Дальнейшее описание будет опираться на Фиг. 3.

Может быть выбрана подходящая длина L углубления 20, такая, чтобы разделительная пластина 6 удерживалась в соответствии с размерами электролизера и реакционной площадью электрода, и длина L составляет, например, от приблизительно 5 до приблизительно 30 мм и предпочтительно от 10 мм до 20 мм. Глубина (также называемая разностью уровней) W углубления 20 может быть подходящим образом выбрана в соответствии с толщиной разделительной пластины и составляет, например, от приблизительно 0,1 до приблизительно 1,0 мм. В настоящем примере осуществления глубина W углубления 20 приблизительно равна толщине М разделительной пластины и составляет, например, приблизительно 0,5 мм. Длина С уплотнения 17 для электролизера (ширина С рамы) составляет от приблизительно 20 мм до приблизительно 50 мм, длина А оригинальной детали 26 составляет от приблизительно 10 мм до приблизительно 40 мм, длина В части 27 для размещения углубления составляет от приблизительно 5 мм до приблизительно 30 мм, и толщина М разделительной пластины составляет от приблизительно 100 мкм до приблизительно 650 мкм. Согласно исследованиям, проведенным авторами настоящего изобретения, для обеспечения плотной посадки разделительной пластины 6 и предотвращения утечки жидкости отношение длины А оригинальной детали 26 к длине В части 27 для размещения углубления А:В предпочтительно составляет приблизительно от 1:1 к 2:1. Однако величина этого отношения не ограничена указанными значениями, поскольку отношение зависит от свойств (таких как прочность, эластичность и растяжимость) применяемого уплотнения.

С другой стороны, вся площадь второй поверхности 19 уплотнения 17 для электролизера, показанная на Фиг. 2, имеет поверхностный контакт с металлической рамой 4 катода, и между уплотнением 17 для электролизера и металлической рамой 2 анода, а также между уплотнением 17 для электролизера и металлической рамой 4 катода не имеется зазоров, и, таким образом, находящийся в электролизере 24 электролит и генерируемый при электролизе газ не просачиваются через эти контактирующие поверхности.

После введения краевых частей верхнего конца и нижнего конца разделительной пластины 6 в углубление 20 уплотнения 17 для электролизера (далее также называемого просто "уплотнением"), их предпочтительно затягивают с помощью стяжного стержня 25 (см. Фиг. 2, Фиг. 4) или с помощью других опрессовочных средств, таких как масляные (гидравлические) опрессовочные средства (не показаны), с обеих сторон металлической рамы 2 анода и металлической рамы 4 катода. Благодаря такой конфигурации уплотнения 17 для электролизера, наружная периферическая часть разделительной пластины 6 оказывается: плотно закреплена в углублении 20 уплотнения 17; более жестко удерживается каждой из сторон внутри углубления 20 в уплотнении 17; плотно удерживается верхней частью первой поверхности 18 уплотнения 17, всей площадью второй поверхности 19 уплотнения 17, металлической рамы 2 анода и металлической рамы 4 катода; и закреплена герметично. Это позволяет более надежно предотвращать утечку электролита и получаемого при электролизе газа из внутренней части электролизера 24 в окружающую среду.

Если уплотнение 17 для электролизера размещают в электролизере, то вся площадь одной поверхности разделительной пластины 6, обращенная к электроду, находится в контакте с анодом 1 и металлической рамой 2 анода или находится в контакте с катодом 3 и металлической рамой 4 катода. Так, в примере, показанном на Фиг. 2, вся площадь поверхности разделительной пластины 6 со стороны анода, наружная периферическая часть (краевая часть) которой вставлена в углубление 20 уплотнения 17 для электролизера, находится в контакте с металлической рамой 2 анода и анодом 1. Таким образом, при рассмотрении поперечных сечений контактирующих частей можно отметить, что все поверхности контактов между металлической рамой 2 анода и уплотнением 17, между поверхностью разделительной пластины 6 со стороны анода, находящейся в уплотнении 17 для электролизера, и металлической рамой 2 анода, и поверхности контактов между анодом 1 и разделительной пластиной 6 расположены и удерживаются вдоль одной прямой линии.

Соответственно, разделительная пластина 6 не находится в нестабильном положении в середине промежутка между анодом 1 и катодом 3, но расположена вдоль поверхности анода 1 (параллельно в виде пачки) и в одной фиксированнойплоскости. По этой причине, при проведении электролиза не происходит образования изгибов, неровностей или скручивания разделительной пластины 6, и разделительная пластина 6 не испытывает чрезмерных нагрузок, что значительно снижает вероятность повреждения разделительной пластины 6. В результате разделительная пластина 6 может стабильно функционировать в течение длительного периода времени, так, что можно прогнозировать эффективное использование ресурсов и экономическую выгоду. Следует отметить, что создание конфигурации, в которой разделительная пластина 6 удерживается в таком состоянии, что совокупность контактирующих поверхностей, описанная выше, расположена вдоль одной прямой линии, позволяет снижать вероятность изгиба части разделительной пластины 6, что, в свою очередь, может снижать вероятность повреждения разделительной пластины. Однако конструкция, в которой вся площадь одной поверхности разделительной пластины 6, за исключением удерживаемой части, контактирует с анодом 1 или катодом 3, необязательна; контакт может зависеть от положения размещаемого анода 1 или катода 3, но зазор между ними должен быть очень небольшим.

Как показано на Фиг. 2, рама анодной камеры 22, которая образует анодную камеру 15, соединена с задней поверхностью металлической рамы 2 анода, а рама катодной камеры 23, которая образует катодную камеру 16, соединена с задней поверхностью металлической рамы 4 катода. Рама анодной камеры 22 и рама катодной камеры 23 могут быть изготовлены из того же материала, что и металлическая рама 2 анода и металлическая рама 4 катода, соответственно. Дополнительно, все следующие детали: анод 1, металлическая рама 2 анода, рама анодной камеры 22, катод 3, металлическая рама 4 катода и рама катодной камеры 23 также могут быть изготовлены из одного и того же материала, такого как никелированная железная пластина, никель или сплав никеля. Следует отметить, что первая поверхность 18 или вторая поверхность 19 уплотнения для электролизера могут быть скреплены с металлической рамой 2 анода или металлической рамой 4 катода, с которыми первая поверхность 18 или вторая поверхность 19 находятся в контакте, с помощью клеящего вещества. В случае реальной крупномасштабной установки комплектный электролизер может быть собран установкой по месту, и в этом случае применение клеящего вещества обосновано. С другой стороны, в случае установки небольших размеров комплектный электролизер часто устанавливают боковой поверхностью на основание, и в этом случае в применении клеящего вещества нет необходимости.

Пример 2

В первом примере осуществления описан пример, в котором углубление 20 образовано в части 27 для формирования углубления, находящейся на первой поверхности 18 уплотнения 17, где первая поверхность 18 находится в контакте с металлической рамой 2 анода. Во втором примере осуществления (не показан) углубление 20 образовано в части 27 для формирования углубления, расположенной на второй поверхности 19 уплотнения 17, где вторая поверхность 19 находится на противоположной стороне относительно первой поверхности 18 и находится в контакте с металлической рамой 4 катода. В этом примере оригинальная деталь 26, которая расположена в верхней от центра части второй поверхности 19 уплотнения 17 находится в поверхностном контакте с металлической рамой 4 катода, и, с другой стороны, вся площадь первой поверхности 18 уплотнения 17 находится в поверхностном контакте с металлической рамой 2 анода. В этом случае получают конфигурацию, в которой металлическая рама 4 катода и катод 3 находятся в одной плоскости. Таким образом, вся поверхность разделительной пластины 6, краевая часть которой вставлена и удерживается в углублении 20, имеющемся в уплотнении 17 со стороны катода, находится в контакте с металлической рамой 4 катода и катодом 3, и разделительная пластина 6 зафиксирована в одной плоскости, так что разделительная пластина 6 расположена вдоль поверхности катода 3 (в таком состоянии, в котором разделительная пластина 6 находится вплотную к его поверхности).

Соответственно, как в случае второго примера осуществления, так и в случае первого примера осуществления центральная часть разделительной пластины 6 не находится в нестабильном состоянии в середине промежутка между анодом 1 и катодом 3, но расположена по одной линии и находится в контакте с поверхностью катода 3, что отличается от случаев, показанных на Фиг. 6-8, в которых представлено применение традиционного уплотнения. По этой причине разделительная пластина 6 не подвергается скручиванию, не испытывает чрезмерных нагрузок, то есть разделительная пластина 6 может стабильно функционировать в течение длительного периода времени без повреждений.

Пример 3

В третьем примере осуществления кроме конфигурации согласно первому примеру осуществления или второму примеру осуществления в качестве анода 1 применяют анод, на поверхность которого, обращенную к разделительной пластине 6, наносят катализатор для активации анода, и в качестве катода 1 применяют катод, на поверхность которого, обращенную к разделительной пластине 6, наносят катализатор для активации катода. Такая конфигурация электролизера может улучшать эксплуатационные характеристики электролизера. Кроме того, для улучшения эксплуатационных характеристик электролизера согласно настоящему изобретению, предпочтительно к поверхности анода 1 со стороны разделительной пластины 6 прикрепляют мелкоячеистую анодную сетку 28, на которую нанесено активированное анодное покрытие, и/или к поверхности катода 3 со стороны разделительной пластины 6 прикрепляют мелкоячеистую катодную сетку 29, на которую нанесено активированное катодное покрытие.

Для дополнительного улучшения эксплуатационных характеристик электролизера между мелкоячеистой анодной сеткой 28 и анодом 1 и/или между мелкоячеистой катодной сеткой 29 и катодом 3 предпочтительно зафиксирован пружинящий материал 30, обеспечивающий нулевой зазор между анодом 1 и катодом 3. В качестве пружинящего материала может быть подходящим образом применена упругая пружина из основного никелевого материала. На Фиг. 4 показан пример электролизера, в котором между мелкоячеистой катодной сеткой 29 и катодом 3 размещен пружинящий материал 30. В конфигурации электролизера, показанного на Фиг. 4, между анодом 1 и катодом 3 имеется нулевой зазор, что дополнительно улучшает эксплуатационные характеристики электролизера.

Пример 4

Уплотнение для электролизера согласно настоящему изобретению подходит для установки в электролизер для электролиза щелочных водных растворов, но также может быть установлено в электролизере, предназначенном для электролиза соляных растворов, и в других электролизерах, таких как электролизеры для электролиза чистой воды, электролиза неочищенной воды, электролиза водных растворов бромидов, электролиза водных растворов соляной кислоты и электролиза водных растворов серной кислоты. Для того, чтобы настоящее изобретение могло быть применено в электролизере для электролиза соляного раствора, в электролизере в качестве разделительной пластины 6 применяют катионообменную мембрану, анодную камеру 15 и катодную камеру 16 электролизера разделяют катионообменной мембраной, в качестве анолита применяют раствор хлорида натрия и в качестве католита применяют водный раствор щелочи, образованной щелочным металлом.

Пример 5

Дополнительно, уплотнение для электролизера и электролизер согласно настоящему изобретению также могут быть применены в системе, работающей под давлением. Следует отметить, что в случае системы, работающей под давлением, анодная камера и катодная камера находятся под давлением. В этом случае для управления способом предпочтительным является нагнетание давления в катодной камере, поскольку чистота водорода, отбираемого из катодной камеры, повышается, если для регулирования нагнетания давления в анодной камере в катодной камере поддерживают давление, несколько превышающее давление в анодной камере. С другой стороны, нагнетание давления в катодной камере зависит от типа разделительной пластины, и, если применяют разделительную пластину, хорошо проницаемую для электролита, то в катодной камере устанавливают невысокое давление, соответствующее столбу воды высотой приблизительно 10 см, или приблизительно указанное давление.

Пример 6

Дополнительно, уплотнение для электролизера и электролизер настоящего изобретения также могут быть применены не только в монополярной системе электролиза, но и в биполярной системе электролиза.

Промышленная применимость

Согласно настоящему изобретению, разделительная пластина может быть вставлена в электролизер и может удерживаться внутри электролизера с помощью единственного уплотнения простой фиксацией, в результате чего может быть успешно предотвращена утечка электролита и получаемого при электролизе газа из электролизера. Дополнительно, применение конфигурации, включающей углубление определенной формы, позволяет удерживать разделительную пластину в контакте с электродом и параллельно электроду (вдоль него), и, таким образом, разделительная пластина может стабильно функционировать в течение длительного периода времени, не подвергаясь изгибу в разные стороны при проведении электролиза, что может приводить к повреждению разделительной пластины. Уплотнение для электролизера согласно настоящему изобретению может быть применено в различных электролизерах, то есть оно может иметь широкий спектр вариантов применения.

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ

1: Анод

2: Металлическая рама анода

3: Катод

4: Металлическая рама катода

5: О-образное уплотнительное кольцо

6: Разделительная пластина

7: Анодное уплотнение

8: Катодное уплотнение

9: Уплотнение для электролизера (традиционная методика)

10: Первая поверхность (традиционная методика)

11: Вторая поверхность (традиционная методика)

12: Паз

13: Оригинальная деталь

14: Образующая паз часть

15: Анодная камера

16: Катодная камера

17: Уплотнение для электролизера

18: Первая поверхность

19: Вторая поверхность

20: Углубление

21: Стопор

22: Рама анодной камеры

23: Рама катодной камеры

24: Электролизер для электролиза щелочных водных растворов

25: Стяжной стержень

26: Оригинальная деталь

27: Часть для формирования углубления

28: Мелкоячеистая анодная сетка

29: Мелкоячеистая катодная сетка

30: Пружинящий материал.

Изобретение относится к уплотнению для электролизера, который включает: анод, катод и листовую разделительную пластину, которая разделяет анод и катод, где уплотнение для электролизера предназначено для удержания разделительной пластины. При этом электролизер включает: металлическую раму анода, имеющую форму картинной рамы, в центральной части которой имеется отверстие для создания анодной камеры; и металлическую раму катода, имеющую такую же форму, что и металлическая рама анода, в центральной части которой имеется отверстие для создания катодной камеры; при этом анод установлен в отверстии металлической рамы анода, катод установлен в отверстии металлической рамы катода, и уплотнение для электролизера плотно зафиксировано между металлической рамой анода и металлической рамой катода, уплотнение для электролизера включает одну тонколистовую раму, имеющую форму картинной рамы, форма которой приблизительно совпадает с формой металлической рамы анода и металлической рамы катода, тонколистовая рама, имеющая форму картинной рамы, включает: первую поверхность, находящуюся в тесном контакте с металлической рамой анода, и вторую поверхность, находящуюся в тесном контакте с металлической рамой катода; тонколистовая рама имеет конструкцию, полученную после образования на любой из первой поверхности и второй поверхности углубления, имеющего разность уровней, приблизительно совпадающую с толщиной разделительной пластины, где углубление образовано с помощью неглубокого снятия одинаковой толщины с участка, включающего край тонколистовой рамы со стороны анода или катода, и краевая часть разделительной пластины вставлена в зазор, образованный между углублением и металлической рамой анода или металлической рамой катода, и разделительная пластина удерживается на месте ближе к поверхности анода или ближе к поверхности катода. Также изобретение относится к двум вариантам электролизера. В предложенной конструкции разделительная пластина может быть вставлена и удержана внутри электролизера в результате простой операции. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил., 6 пр.

1. Уплотнение для электролизера, устанавливаемое в электролизере, который включает: анод, катод и листовую разделительную пластину, которая разделяет анод и катод, где уплотнение для электролизера предназначено для удержания разделительной пластины, где

электролизер включает: металлическую раму анода, имеющую форму картинной рамы, в центральной части которой имеется отверстие для создания анодной камеры; и металлическую раму катода, имеющую такую же форму, что и металлическая рама анода, в центральной части которой имеется отверстие для создания катодной камеры; при этом анод установлен в отверстии металлической рамы анода, катод установлен в отверстии металлической рамы катода, и уплотнение для электролизера плотно зафиксировано между металлической рамой анода и металлической рамой катода,

уплотнение для электролизера включает одну тонколистовую раму, имеющую форму картинной рамы, форма которой приблизительно совпадает с формой металлической рамы анода и металлической рамы катода,

тонколистовая рама, имеющая форму картинной рамы, включает: первую поверхность, находящуюся в тесном контакте с металлической рамой анода, и вторую поверхность, находящуюся в тесном контакте с металлической рамой катода; тонколистовая рама имеет конструкцию, полученную после образования на любой из первой поверхности и второй поверхности углубления, имеющего разность уровней, приблизительно совпадающую с толщиной разделительной пластины, где углубление образовано с помощью неглубокого снятия одинаковой толщины с участка, включающего край тонколистовой рамы со стороны анода или катода, и

краевая часть разделительной пластины вставлена в зазор, образованный между углублением и металлической рамой анода или металлической рамой катода, и разделительная пластина удерживается на месте ближе к поверхности анода или ближе к поверхности катода.

2. Уплотнение для электролизера по п. 1, к которому дополнительно присоединен стопор уплотнения, имеющий электроизоляционные свойства, который прижат к наружной периферической поверхности уплотнения для электролизера.

3. Уплотнение для электролизера по п. 1 или 2, где уплотнение для электролизера получено из материала, включающего эластичное вещество, коррозионностойкое по отношению к электролиту и получаемому при электролизе газу.

4. Уплотнение для электролизера по любому из пп. 1-3, в котором:

на сторону анода, обращенную к разделительной пластине, нанесено активированное анодное покрытие, или к стороне анода, обращенной к разделительной пластине, присоединена мелкоячеистая анодная сетка, на которую нанесено активированное анодное покрытие, и/или

на сторону катода, обращенную к разделительной пластине, нанесено активированное катодное покрытие, или к стороне катода, обращенной к разделительной пластине, присоединена мелкоячеистая катодная сетка, на которую нанесено активированное катодное покрытие.

5. Уплотнение для электролизера по п. 4, в котором между мелкоячеистой анодной сеткой и анодом и/или между мелкоячеистой катодной сеткой и катодом закреплен пружинящий материал, обеспечивающий нулевой зазор между анодом и катодом.

6. Уплотнение для электролизера по любому из пп. 1-5, в котором как анод, так и катод включает любой из материалов, независимо выбранных из группы, состоящей из просечно-вытяжной сетки, перфорированной пластины, металлической проволоки и электропроводных материалов для получения электродов, каждый из которых имеет форму, аналогичную форме одного из перечисленных: просечно-вытяжной сетки, перфорированной пластины и металлической проволоки, и каждый из которых имеет большое количество отверстий.

7. Уплотнение для электролизера по любому из пп. 1-6, в котором рама анодной камеры, формирующая анодную камеру, соединена с задней поверхностью металлической рамы анода, а рама катодной камеры, формирующая катодную камеру, соединена с задней поверхностью металлической рамы катода.

8. Уплотнение для электролизера по п. 7, в котором металлическая рама анода сформирована в виде части рамы анодной камеры, а металлическая рама катода сформирована в виде части рамы катодной камеры.

9. Уплотнение для электролизера по любому из пп. 1-8, в котором разделительная пластина удерживается в таком состоянии, в котором вся площадь одной поверхности разделительной пластины, за исключением краевой части, вставленной в зазор, находится в контакте с анодом или мелкоячеистой анодной сеткой, присоединенной к аноду, или в таком состоянии, в котором вся площадь одной поверхности разделительной пластины, за исключением краевой части, вставленной в зазор, находится в контакте с катодом или мелкоячеистой катодной сеткой, присоединенной к катоду.

10. Уплотнение для электролизера по любому из пп. 1-9, в котором:

каждое из перечисленных устройств: анод, металлическая рама анода, рама анодной камеры, катод, металлическая рама катода, и рама катодной камеры включает материал, включающий по меньшей мере один из материалов, выбранных из группы, состоящей из никеля, нержавеющей стали, железа и сплавов перечисленных металлов,

разделительная пластина включает пористую разделительную пластину, проницаемую для водных растворов,

каждый из электролитов, подаваемых в анодную камеру и катодную камеру, соответственно, представляет собой водный раствор щелочи, образованной щелочным металлом, имеющий обычный состав, и

электролизер представляет собой электролизер для электролиза щелочных водных растворов.

11. Уплотнение для электролизера по любому из пп. 1-9, в котором:

каждое из перечисленных устройств: анод, металлическая рама анода и рама анодной камеры включает титан или сплав титана,

каждое из перечисленных устройств: катод, металлическая рама катода и рама катодной камеры включает материал, включающий по меньшей мере один из материалов, выбранных из группы, состоящей из никеля, нержавеющей стали, железа и сплавов перечисленных металлов,

разделительная пластина включает катионообменную мембрану,

электролиты, подаваемые в анодную камеру и катодную камеру, соответственно, включают анолит и католит, соответственно,

католит включает водный раствор щелочи, образованной щелочным металлом,

анолит включает водный раствор галогенопроизводного щелочного металла, и

электролизер представляет собой электролизер для электролиза соляного раствора.

12. Электролизер, включающий уплотнение для электролизера по любому из пп. 1-11.

13. Электролизер по п. 12, дополнительно включающий конструкцию для проведения электролиза в условиях нахождения электролита под давлением.

14. Электролизер, включающий уплотнение для электролизера по любому из пп. 1-11, в котором первая поверхность, которая образует уплотнение, прикреплена клеящим веществом к анодной раме, которая находится в контакте с первой поверхностью, или вторая поверхность, которая образует уплотнение, прикреплена к катодной раме, которая находится в контакте со второй поверхностью.