Биполярный электрод Советский патент 1992 года по МПК C25B1/04 C25B11/02 

Изобретение относится к электролизерам и предназначено для получения разложением водных растворов щелочей кислорода и водорода, используемых в различных производствах в качестве технологических сред, а также для выполнения кварцедувных работ, резки, сварки и пайки металлов.

Известен биполярный электрод электролизеров фильтр-прессного типа для получения кислорода и водорода, выполненный в виде пластины с отверстием в верхней части для отвода газов и отверстием для подвода воды в нижней части.

Цель изобретения - снижение удельных энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что, биполярный электрод электролизеров фильтр-прессного типа для получения кислорода и водорода разложением водных растворов щелочей, включающий плоскую пластину с отверстием в верхней части для отвода газов и отверстием в нижней части для подвода воды, пластина имеет дополнительное отверстие, дополнительное отверстие и отверстие для подвода воды снабжены диэлектрическими трубками.

За счет наличия двух отверстий, расположенных на разной высоте, происходит выравнивание состава электролита между ячейками конвекцией в результате разной плотности электролита разной концентрации. Это ведет к снижению потерь электроэнергии на нагрев электролита. Отрезки диэлектрических трубок в отверстиях ниже уровня электролита повышают сопротивление шунтирования электролизера, что дополнительно снижает удельные энергозатраты.

На фиг. 1 показан биполярный электрод электролизера фильтр-прессного типа; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - биполярный электрод при использовании в электролизере для получения кислорода и водорода, разрез; на фиг. 4 - биполярный электрод при использовании в электролизере для получения гремучего газа, разрез.

Биполярный электрод (фиг. 1) содержит пластину 1 с отверстиями 2 для стягивающих деталей, отверстие 3 для отвода газов

VI

ю о ел о ю

или отверстия 4 и 5 для отвода кислорода и водорода и отверстия с отрезками диэлектрических трубок 6 и 7. Положение рамки и уровня электролита показано пунктирными линиями.

Положение отрезка диэлектрической трубки 6 в отверстии пластины 1 показано на фиг. 2. Наклон трубок 6 и 7 определяется их длиной и межэлектродным расстоянием.

Пример 1 (по фиг. 3). Между пласти- нами 1 биполярных электродов установлены диэлектрические рамки 8 и 9, между которыми зажата перфорированная мембрана 10. Отверстия 4 и 5 пластин совпадают с продольными отверстиями рамок 8 и 9. которые образуют каналы для отвода кислорода и водорода. Один из каналов соединен с катодными, а другой - с анодными частями электролизных ячеек отверстиями 11 и 12. Благодаря наличию перфораций в мембра- не 10 происходит конвективное перемешивание электролита в каждой ячейке, а отверстия с трубками 6 и 7 в пластинах 1 обеспечивают конвективное перемешивание электролита между ячейками. Это по- зволяет осуществлять подпитку водой только одной ячейки, что упрощает конструкцию. Стягивающие детали на фиг. 3 не показаны.

П р и м е р 2 (по фиг. 4). Между пласти- нами 1 биполярных электродов зажаты рамки 13. Электролизные ячейки соединены одна с другой отверстиями 3 для прохода гремучего газа и отверстиями с диэлектрическими трубками 6 и 7, что обеспечивает выравнивание состава электролита между ячейками, позволяет осуществлять подпитку водой только одной из ячеек и увеличивает сопротивление шунтирования. Стягивающие детали на фиг. 4 не показаны.

Относительную эффективность использования предлагаемых биполярных электродов можно оценить по результатам проведенных экспериментов. Электролизер содержал N 100 ячеек с внутренним диаметром рамки 120 мм (позиция 13 на фиг. 4) и междуэлектродным расстоянием 3 мм. Толщина пластин 1 составляет 0,7 мм. Концентрация электролита на основе КОН 25%, его количество 3 л. Отверстие в элект- родах для подачи воды в сравнении с известным электродом, уменьшено до 5,5 мм.

Камеру для заправки электролитов и долива воды и штуцер для отвода гремучего газа располагали в средней части электролизера. После работы электролизера в течение 1,5 ч при токе 1 10 А и напряжении Uo 175 В осуществляли долив 0,5 л. При этом же токе напряжение на электролизере возросло до U 180 В. ЭДС поляризации, определенная по вольтамперной характеристике, составила Un 165 В. Тепловые потери на сопротивлении электролита Рэ (U - Un) l (180 - 165) 10 150 Вт, а при однородном электролите были Рэ.о (Uo - Un) - (175 - 165) 10 100 Вт. Потери на шунтирующем сопротивлении RUI 300 Ом составили Рш (U - Un : N)2 : Нш (180 -165 : 100)2 : 300 106 Вт, а были Рш.о - (U0 - Un: N)2: Вш (175- -165 :100)2: 300 100 Вт. Замена периодической подпитки водой на непрерывную введением поплавкового регулятора уровня электролита снизила потери Рэ до 125 Вт и Рш до 103 Вт.

Использование биполярных электродов с дополнительным отверстием диаметром 5,5 мм полностью исключило неоднородности электролита, но увеличило потери Рш до 200 Вт. В связи с этим в отверстия были введены диэлектрические трубки 6 и 7 сечением 0,05 см и длиной 4 см. Это позволило увеличить сопротивление шунтирования Рш до 7600 Ом и снизить Рш до 4 Вт. Напряжение на электролизере осталось 175 В при токе 10 А.

Наличие дополнительного отверстия выравнивает состав электролита и снижает тепловые потери на электролите на 15-17%, а введение диэлектрических трубок снижает тепловые потери шунтирования в десятки раз.

Форму л а изо бретени я Биполярный электрод электролизеров фильтр-прессного типа для получения кислорода и водорода, выполненный в виде пластины с отверстием в верхней части для отвода газов и отверстием для подвода воды в нижней части, отличающийся тем, что, с целью снижения удельных затрат электроэнергии, в пластине выполнено дополнительное отверстие, дополнительное отверстие и отверстие для подвода воды снабжены диэлектрическими трубками.

L

1

Изобретение относится к конструкциям электролизеров и позволяет снизить удельные энергозатраты. Биполярный электрод выполнен в виде пластины с отверстием в верхней части для отвода газов и отверстием для подвода воды в нижней части, причем в пластине выполнено дополнительное отверстие, снабженное диэлектрической трубкой.4 ил.

A-A

фиг. 2