Способ получения газовой смеси электролизом воды и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК B23K5/00 

Изобретение относится к газоплазменной обработке материалов смесью газов, получаемой при электролизе воды в электролизно-водном генераторе (ЭВГ), и применяется в малогабаритных переносных установках, используемых для микросварки, пайки и резки металлов в радиотехнической, электронной, приборостроительной и других отраслях народного хозяйства.

Целью изобретения является повышение КПД процесса и упрощение управления.

На фиг. 1 изображено устройство фильтр-прессного электролизера для газопламенной обработки материалов (разрез А-А на фиг. 2); н фиг. 2 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 3 - схема включения электролитических ячеек в электрическую цепь на фиг. 4 - график изменения напряжения на электродах ячейки от количества ячеекJ на фиг. 5 - график изменения тока электролиза от количества ячеек, включенных последовательно в электрическую цепь при постоянном питании 220 Bi на фиг. 6 - график изменения

СП

:о

Од

lAd

тока электролиза от напряжения на электродах ячейкиJ на фиг. 7 - график изменега1Я выхода газовой смеси (производительности) из электролизера от количества ячеек и тока электр лиза; на фиг. 8 - график изменения КПД от тока электролиза для двух вариантов изменения тока питания электролизера (сплошной линией - предлагаемый способ, пунктиром - известный

Фильтр-прессный электролизер состоит из электродов 1, разделенных диэлектрической прокладкой 2 и образующих между собой включенные в электрическую цепь последоватапьно электролитические ячейки 3, собранные с помощью концевых плит 4 и 5 и шпилек 6 с изолятором.7 в два блока. В концевой плите 4 установлены заливочные узлы В J а в плите 5 - сливные узлы 9 я газоотБодящий штуцер 10 Со стороны выхода газа часть электродов имеет выводы 11 для переключения ячеек, со стороны плиты 4 в каждом электродном блоке имеется электрод с токоподводом 12 дл.я подключения к постоянному сетевому напряжению 220 В. Над электролитом 13 в электродах 1 выполнены газоотводя- щие отверстия 14, в нижней части ячейки 3 па мaкcимaJ Iьнoм удалении друг от друга для сообщения электролита выполнены отверстия 15. Б концевой плите 5 на верхнем уровне г азонаполняюп1ей части 16 ячейки 3 выполнено газоотподящее отверстие 17 сообщающееся с выходным штуцером 10 и горелкой 18, По периметру концевых плит 5 установлены защитные панели 19 и на одной из них расположен элемент управления - блок 20 питания, состоящий из вьшрямителя 21 и регулятора 22 напряжения на электродах ячейки 3.

Концевые плиты 5 выполнены из органического стекла, часть прилегающих к ним ячеек не работает, а используется как теплоизоляторы. Уровень электролита контролируется непосредственно через прозрачнь1е концевы плиты. Электролизер питается постоянным по значению и характеру выпрямления сетевым напряжением 220 В, Способ регулировки выхода х-азовой смеси в устройстве для газопламенной обработки материалов заключается в том что при постоянном значении напряжения питания управлениз величиной тока электролизера, а следоватааьно,

.-5

рой)

15303634

и выхода газовой смеси осуществляется регулировкой натяжения на электродах ячейки путем изменения количества последовательно включенных в электрическую цепь рабочих ячеек в интервале

5

0

5

0

5

У пит

и

---

и пит п

н.р где и„„

и

UK

Р

н,р

и

Р

напряжение питания электролизера;

напряжение начала разложения электролита на электродах ячейки} критическое напряжение на электродах ячейки, при достижении которого нарушается стабильность процесса электролила. При этом Upj, 220 В и „,р. 1,5-1,7 В и зависит от геометрических размеров ячейки типа электролизера концентрации электролита и т.д.; и кр, 2,3-2,5 В и тоже зависит от геометрических размеров ячейки.

Интенсивность газовыделения в ячейке зависит от тока электролиза н увеличивается прямо пропорционально его росту. Ток. электролиза растет по мере увеличения на электродах электролитической ячейки напряжения, которое зависит от количества ячеек, одновременно подключенных к выпрямленному сетевому напряжению

220

Я

Пр

где Пр - количество рабочих ячеек,

включенных в цепь питания. Изменяя напряжение на электродах электролитической ячейки за счет их количества достигают изменения тока электролиза, а следовательно, и выхода (объема) газовой смеси (0)

Q 0,62б1.Пр, t м 5

I - Р t ток электролиза, Aj количество работающих ячеек электролизераJ время электролиза, ч.

Сущность технического решения заключается в том, что заданный выход газовой смеси при условии постоянства питающего напряжения (220 А) обеспечивается при минимальном токе электролнза и максимально возможном количестве рабочих ячеек. За счет использования меньших плотностей тока Б ячейке по сравнению с прототипом обеспечивается повышение КПД устройства.

Это достигается благодаря включению в работу различного количества электро/Й1Тических ячеек при постоянном значении выпрямленного сетевого напряжения (220 В). Используя минимально возможные токи электролиза н каждом резкиме производительности (выходе газовой смеси за единицу времени), электролизер работает с меньшими потерями на перенапряжение выделения водорода на катоде и кислорода на аноде и другими пбтерями, связанными с ростом тока электролизера в электролитической ячейке.

Устройство работает следующим образом.

Выпрямленное сетевое напряжение подается на электроды с токоподво- дами 12, при этом в электролитических ячейках, включенных последовательно в электрическую цепь, вырабатывается гремучий газ (водородно- кислородная смесь), который создает определенное давление в газовой полости, расположенной выше уровня электролита 13. Через отверстие 14 в электродах 1 газ поступает в газо- отводящее отверстие 17 плиты 5 и далее на выходной штуцер 10 и горелку 18. I

Часть ячеек со стороны выхода газовой смеси по мере роста тока электролиза отключается и используется как отстойник газовой смеси

Изготовление концевых плит из жесткого, прозрачного, щелочно-стой- кого диэлектрического материала позволяет резко снизить металлоемкость устройства за счет исключения силового каркаса для крепления конструктивных элементов смотровых, заливочных и газораспределяющих узлов. Для исключения перегрева концевых плит часть прилегающих к ним ячеек не работает, а используется как теп- лоизоляторы. Используя концевые плиты как каркас устройства, на котором крепятся боковые обшивки и панель с элементами электрической схемы, сокращается объемный габарит устройства и его металлоемкость, улучшается электробезопасность.

0

5

0

5

0

5

Пример Изготовлен опытный образец устройства для газоплазменной обработки материалов с производительностью 300 л/ч. Фильтр-прессньш электролизер собран в два последовательно включенных в электрическую цепь блока электролитических ячеек. Общее количество ячеек выбрано из расчета достижения на электродах ячейки начального напряжения разложения водного раствора и составляет 160 шТо Переключатель электродов изменяет количество рабочих ячеек в пределах 110-160. При этом максимальный выход газовой смеси достигается при 110 ячейках, а минимальный выход - при 160 ячейках.

КПД устройства падает по мере уменьшения количества ячеек, т.е. увеличения тока электролиза, но на всех режимах работы, кроме критического, устройство имеет КПД выше по сравнению с аналогами, работающими на 110 или меньшем количестве ячеек.

Формула изобретения

1. Способ получения газовой смеси электролизом воды, при котором управляют величиной потребляемого тока при постоянном напряжении питания цепи последовательно соединенных рабо-- чих ячеек с электродами, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения КПД процесса, управление осуществляют изменением количества п рабочих ячеек в интервале

Uj«r

UH,p

n

и.р

р

5

0

5

г-Де шт

и

н,р.

напряжение питания цепи рабочих ячеек} напряжение на электродах рабочей ячейки, соответствующее началу разложения электролита} и IJ - напряжение на электродах рабочей ячейки, при достижении которого нарушается стабильность процесса электролиза.

2 о Устройство для получения газовой смеси электролизом воды, содержащее фильтр-прессный электролизер, выполненный из набора последовательно соединенных в электрическую цепь электролитических рабочих ячеек.

собранных в блок между концевыми плитами, выпрямитель сетевого напряжения, отстойник н горелку, отличающееся тем, что, с целью упрощения управления процессом электролиза и повышения КПД, электролизер снабжен многопозищюнным переключателем, включенным последовательно в цепь электрических ячеек, а в Ka честве отстойника использована часть отключенных ячеек.

3. Устройство по п, 2, отличающееся тем, что, с целью

повышения компактности и упрощения конструкщп устройства, ячейки собраны в два блока, размещенных вертикально друг над другом.

4. Устройство по По 2, отличающееся тем, что, с целью снижения материалоемкости и удобства контроля уровня электролита, концевые плиты выполнены из прозрачного диэлектрического материала, например из органического стекла.

Изобретение относится к газопламенной обработке материалов и предназначено для получения газовой смеси на электролизно-водном генераторе (ЭВГ). Ци - повышение КПД процесса и упрощение управления ЭВГ. Управление величиной потребляемого тока осуществляется за счет изменения числа рабочих ячеек N, последовательно соединенных в электрическую цепь ЭВГ в пределах U_пит/U_нр *98 N *98 U_пит/U_кр, где U_пит - напряжение питания цепи рабочих ячеек, U_нр - напряжение на электродах рабочей ячейки, соответствующее началу разложения воды, U_кр - напряжение на электродах ячейки, при котором нарушается стабильность процесса электролиза. ЭВГ содержит многопозиционный переключатель. Он соединяет необходимое для каждого режима работы количество электролитических ячеек в последовательную цепь. Это позволяет обеспечить заданный объем газовой смеси, используя минимально возможные токи электролиза при выходе ЭВГ на рабочий режим, что приводит к снижению энергозатрат на производство газовой смеси. 2 с.и 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

/ч-л

Фце.1

21

/

ггов

no

и

15

Vnun tWB

Фил

150 л, aim

ият ггвв

t 1/Л.8

..

/

У

/

../л7 Unum гго(

/ j / j

/r

I

0 Фид.7

7/1