Способ получения газовой смеси электролизом воды и устройство для его осуществления

 

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<SB POS="POST">пит</SB>/U<SB POS="POST">нр</SB> *98 N *98 U<SB POS="POST">пит</SB>/U<SB POS="POST">кр</SB>, где U<SB POS="POST">пит</SB> - напряжение питания цепи рабочих ячеек, U<SB POS="POST">нр</SB> - напряжение на электродах рабочей ячейки, соответствующее началу разложения воды, U<SB POS="POST">кр</SB> - 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (191 011 (511 4 В 23 К 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЛ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4322908/25-27 (22) 31.08.87 (46) 23 ° 12.89. Бюл. 1Р 47 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро аналитического приборостроения (72) Н.А. Татаренко, В.И. Цьщов, Е.Б. Свиридов и В.И. Насонов (53) 621.791.032(088.8) (56) Балакин В.И. и др. Электролизно-водный генератор ЭВГ-02-04 дпя газопламенной обработки металлов малой толщины. — Автоматическая сварка, 1987, 11 2, с. 72 73. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЗОВОЙ СИЕСИ

ЭЛЕКТРОЛИЗОИ ВОДИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к газопламенной обработке материалов и предназначено для получения газовой смеси на электролизно-водном генераторе (ЭВГ). Цель изобретения — повышение КПД процесса и упрощение управИзобретение относится к газоплазменной обработке материалов смесью газов, получаемой при электролизе воды в электролизно-водном генераторе (ЭВГ), и применяется в малогабаритных переносных установках, ис-! пользуемых для микросварки, пайки и резки металлов в радиотехнической, электронной, приборостроительной и других отраслях народного хозяйства..

Целью изобретения является повышение КПД процесса и упрощение управления.

2 ления ЭВГ. Управление величиной потребляемого тока осуществляется за счет изменения числа рабочих ячеек и, последовательно соединенных в электрическую цепь ЭВГ в пределах

Ussr /UÄp c. n c U /0,р,где UÄ r— напряжейие питания цепи рабочих ячеек; Пн p — напряжение на электродах рабочей ячейки, соответствующее началу разложения воды, U — 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.

На фиг. 1 изображено устройство фильтр-прессного электролизера для газопламенной обработки материалов (разрез А-А на фиг. 2); на 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 ячеек, на фиг. 5 — график изменения тока электролиза от количества ячеек, включенных последовательно в электрическую цепь при постоянном питании

220 В, на фиг. 6 — график изменения

1530363 тока электролиза от напряжения на электродах ячейки, на фиг. 7 — график изменения выхода газовой смеси (производительности) из электролизера от количества ячеек и тока электро5 лиза на фиг. 8 — график изменения

КПД от тока электролиза для двух вариантов изменения тока питания электролизера (сплошной линией — предла1О гаемый способ, пунктиром — известный).

Фильтр-прессный электролизер состоит из электродов 1, разделенных диэлектрической прокладкой 2 и образующих между собой включенные в электрическую цепь последовательно 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 за20 ливочные узлы b ..,,а в плите 5 — сливные узлы 9 и газоотводящий 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 для подключения к постоянному сетевому напряжению 220 В. Чад э лектролитом 13 в электродах 1 выполнены газоотводящие отверстия 14, в нижней части ячейки 3 на максимальном удалении друг от друга для сообщения электролита выполнены отверстия 15. Р концевой плите 5 на верхнем уровне r а- ° зонаполняющей части 16 ячейки 3 вы- 35 полнено газоотгодящее отвер:тие 17, сообщающееся с выходным штуцером

10 и горелкой IH. Ио периметру концевых плит 5 установлены защитные панели 19 и на одной из них располо- 40 жен элемент управления — блок 20 питания, состоящий из выпрямителя

21 и регулятора 22 напряжения на электродах ячейки 3.

Концевые плиты 5 выполнены из ор- 45 ганического стекла, часть прилегающих к ним ячеек не работает, а используется как теплонзоляторы. Уровень электролита контролируется непосредственно через прозрачные концевые 50 плиты. Электролизер питается постоянным по значению и характеру выпрямления сетевым напряжением 220 В. Способ регулировки выхода газовой смеси в устройстве для газопламенной обработки материалов заключается в том, что при постоянном значении напряжения питания управлени. величиной тока электролнзера, а следовательно, и выхода газовой смеси осуществляется регулировкой натяжения на электродах ячейки путем изменения количества последовательно включенных в электрическую цепь рабочих ячеек в интервале

U пит (п( укр

Упит ун,р

220 пт

) где и — количество рабочих ячеек

1 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 (О) (= 0,626I и, t (M ) > ток электролиза, А, количество работающих ячеек электролизера; время электролиза, ч. где I п

Сущность технического решения заключается в том, что заданный выход газовой смеси при условии постоянства питающего напряжения (220A) обеспечивается при минимальном токе элекгде U „„т — напряжение пит ания электр олизера;

У вЂ” напряжение начала разло"Р жения электролита на электродах ячейки, критическое напряжение на электродах ячейки, при достижении которого нарушается стабильность процесса электроли".а.

При этом Унт = 220 В, U í.р, 1,5-1,7 В и зависит от геометрических размеров ячейки типа электролизера концентрации электролита и т.д.;

У„ = 2,3-2,5 В и тоже зависит от геометрических размеров ячейки.

Интенсивность газовыделения в ячейке зависит от тока электролиза и увеличивается прямо пропорционально его росту. 7ок электролиза растет по мере увеличения на электродах лектролитической ячейки напряжения, которое зависит от количества ячеек, одновременно подключенных к выпрямленному сетевому напряжению

1530363 тролиза и максимально возможном количестве рабочих ячеек. За счет использования меньших плотностей тока в ячейке по сравнению с прототипом обеспечивается повышение КПД устройства.

Это достигается благодаря включению в работу различного количества электрою%тических ячеек при постоянном значении выпрямленного сетевого напряжения (220 В). Используя минимально возможные токи электролиза на каждом режиме 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 газоотводящее отверстие 17 плиты 5 и далее на выходной штуцер 10 и горелку 18. !

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-стойкого 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 теплоизоляторы. 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.

Формула изобретения

1. Способ получения газовой смеси электролизом воды, при котором управляют величиной потребляемого тока при постоянном напряжении питания цепи последовательно соединенных рабочих ячеек с электродами, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения КПД процесса, управление осуществляют изменением количества и рабочих ячеек в интервале

U пмг (n c

П кр нг

Л о м,р

40 где Б„„

П н,п. напряжение питания цепи рабочих ячеек, напряжение на электродах рабочей ячейки, соответствующее началу разложения электролита, напряжение на электродах рабочей ячейки, при достижении которого нарушается стабильность процесса электролиза.

45 кр

2. Устройство для получения газовой смеси электролизом воды, содержащее фильтр-прессный электролизер, выполненный из набора последовательно соединенных в электрическую цепь электролитических рабочих ячеек, Пример. Изготовлен опытный образец устройства для газоплазменной обработки материалов с производительностью 300 л/ч. Фильтр-прессный электролизер собран в два последовательно включенных в электрическую цепь блока электролитических ячеек °

Общее количество ячеек выбрано из

1ð расчета досгижения на электродах ячейки начального напряжения разложения водного раствора и составляет 160 шт. 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

20 уменьшения количества ячеек, т.е. увеличения тока электролиза, но на всех режимах работы, кроме критического, устройство имеет КПД выше по сравнению с аналогами, работающими

25 на 110 или меньшем количестве ячеек.

1530363 собранных в блок между концевыми плитами, выпрямитель сетевого напряжения, отстойник и горелку, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения управления процессом электролиза и повышения КПД, электролизер снабжен многопозиционным переключателем, включенным последовательно в цепь электрических ячеек, а в ка-10 честве отстойника использована часть отключенных ячеек.

3. Устройство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения компактности и упрощения конструкции устройства, ячейки собраны в два блока, размещенных вертикально друг над другом.

4. Устройство по п. 2, о т л ич а ю ц е е с я тем, что, с целью снижения материалоемкости и удобства контроля уровня электролита, концевые плиты выполнены из прозрачного диэлектрического материала, например из органического стекла.

1530363

22

Г1

ЩУ2. 3

15303ЬЗ

1530363

l1D

РЛ кщ

Эном

Составитель Е. Крылов

Текред Л.Сердюкова Корректор И.Самборская

Редактор С.Пекарь

Заказ 7811/13 Тирах 894 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ухгород, ул. Гагарина, 101