Биполярный электролизер с твердополимерным электролитом

 

Изобретение относится к конструкциям биполярных электролизеров и может быть использовано в химической, энергетической и других отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение надежности работы электролизера. В биполярном электролизере с твердополимерным электролитом, состоящем из расположенных между сжимными плитами набора анодных и катодных элементов тарельчатой формы, разделенных ионообменными мембранами с примыкающими к ним электродов с токоподводами, надежность работы обеспечивается равномерностью прижатия электродов к мембранам. Это достигается путем выполнения по периметру стенок элементов, не контактирующих с токоподводами, и компенсаторов перемещения. 3 ил, 1 табл.

Изобретение относится к конструкциям биполярных электролизеров с твердополимерным электролитом и может быть использовано в химической, энергетической и др. отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение надежности работы электролизера. На фиг. 1 представлен разрез электролитической ячейки; на фиг. 2 - вариант сборки электролизера; на фиг. 3 - вид по стрелке А на фиг. 2. Электролизер имеет набор ячеек, состоящих из ионообменной мембраны 1, к обеим сторонам которой примыкают пористые металлокерамические электроды 2, и токоподводов 3. Токоподводы выполнены из электропроводного материала, обладающего достаточной жесткостью, и проницаемыми для жидкости и газа, например металлической просечной сетки, перфорированного металлического листа со сплошными канавками вдоль его поверхностей и т.п. Мембранно-электродный блок размещен между анодными и катодными элементами 4, 5 тарельчатой формы, стенки которых снабжены компенсаторами перемещений 6, обеспечивающими перемещение плоских рабочих стенок, контактирующих с токоподводами 3 в направлении мембраны в пределах упругой деформации и выполненными в виде выступов по периметру поверхности стенок элементов, не контактирующих с токоподводами. Элементы 4 и 5 герметично уплотнены уплотнительными кольцами 7 и 8. Крепление элементов между собой осуществляется болтовым соединением 9 через диэлектрические втулки 10 и диэлектрические шайбы 11. Анодные элементы снабжены патрубками 12 для входа реакционной воды и патрубками 13 для выхода кислорода. Катодные элементы 5 снабжены патрубками 14 для выхода водорода. Электролизер состоит из пакета собранных, как указано выше, ячеек 15, стянутых между двумя сжимными плитами 16 и 17 стяжными шпильками 18 с помощью гаек 19 через изолирующие диэлектрические втулки 20. Патрубки 12 - 14 каждого элемента через соответствующую запорную арматуру 21 и муфты 22 присоединены к трубопроводам, образующим раздельные коллекторы: питающий коллектор 23 для подвода воды, кислородный коллектор 24 и водородный коллектор 25. Усилие затяжки гаек 19 передается через монополярные плиты 16 и 17 на биполярные элементы 4 и 5 электролитических ячеек 15. При этом рабочие стенки биполярных элементов за счет упругой деформации компенсаторов 6 перемещаются к мембранам и прижимают через токоподводы 3 пористые электроды 2 к мембранам. Поскольку токоподводы выполнены достаточно жесткими, усилие на электроды передается равномерно по всей площади, чем обеспечивается равномерный и плотный контакт ионообменной мембраны и электродов. Работа электролизера осуществляется следующим образом. Реакционная вода подается в питающий коллектор 23, а по патрубкам 12 поступает в каждую электролитическую ячейку 15 и через проницаемые для воды коллекторы тока и пористые электроды 2 подается равномерно к границам мембрана-электрод. При подаче напряжения на электролизер в каждой ячейке протекает электрохимическая реакция, в результате которой образуются с анодной стороны кислород, а с катодной - водород. Образующиеся газы диффундируют через пористые электроды и токоподводы и по патрубкам 13 или 14 поступают в соответствующий коллектор: кислород - в кислородный коллектор 24, а водород - в водородный коллектор 25 и далее после отделения от капель воды и осушки - к потребителю. Обеспечение контакта электроды - мембраны и равномерность распределения тока по мембране, а следовательно и надежность эксплуатации электролизера подтверждено данными, представленными в таблице. Таким образом, предложенное техническое решение позволяет обеспечить надежность работы электролизеров с твердополимерным электролитом даже при повышенных плотностях тока.

Формула изобретения

1. БИПОЛЯРНЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗЕР С ТВЕРДОПОЛИМЕРНЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ, содержащий концевые монополярные сжимные плиты с размещенными между ними биполярными электродами, выполненными из основы и электродных элементов, ионообменные мембраны, к которым примыкают электродные элементы с коллекторами тока, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы электролизера, основы биполярных электродов выполнены тарельчатой формы, коническая часть которых снабжена упругими компенсаторами перемещений в направлении мембран.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4