Электролизер для получения смеси кислорода и водорода

 

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к устройствам для электролитического получения водородно-кислородной смеси - гремучего газа, который при горении используется для газопламенной технологии в ряде отраслей промышленности. Новым в конструкции является то, что стальные электроды изготовлены в форме дисков с кольцевой канавкой, каждый из которых имеет в верхней части вырез в виде сектора или одна из сторон диска в верхней половине покрыта щелочно-упорной изоляцией, что предпочтительнее из-за лучшего теплоотвода. Электроды располагаются между задней и передней платами, разделяясь между собой диэлектрическими прокладками. На передней плате, выполненной из прозрачного диэлектрика, нанесена шкала для определения уровня электролита и регулирования силы тока путем поворота электролизера вокруг своей продольной оси на неподвижном основании. 3 ил.

Изобретение относится к конструкции устройства электролитического получения водородно-кислородной смеси путем электролиза воды и водного раствора, при горении которой образуется газовое пламя гремучей смеси, используемое для газопламенной технологии в ряде отраслей промышленности.

В качестве прототипа выбрана конструкция электролизера, состоящая из электродов, выполненных корытообразными с обращенными в одну сторону впадинами, где диэлектрические прокладки установлены по периметру впадин.

Недостатком известных электролизеров является значительная сложность конструкции электродов, не предусматривающая регулирование мощности устройства, большие габаритные размеры и масса.

Целью изобретения является упрощение конструкции электродов, обеспечение возможности регулирования мощности электролизера при значительной компактности и надежности, т. е. портативности аппарата.

Указанная цель достигается тем, что в электролизере, состоящем из электродов, разделенных диэлектрическими прокладками, электроды выполнены в виде стальных дисков с кольцевыми канавками, каждый из которых в верхней его части имеет вырез в виде сектора или с одной стороны покрыт щелочно-упорным изолятором, что позволяет при повороте всего электролизера вокруг продольной оси менять площадь контакта с электролитом, таким образом регулировать мощность аппарата.

На фиг. 1 изображена предлагаемая конструкция электрода; на фиг. 2 - электролизер для получения водородно-кислородной смеси газа, продольный разрез; на фиг. 3 - вид по стрелке А на фиг. 2.

Электролизер содержит платы, изготовленные в виде дисков из прозрачных диэлектриков. На передней плате 1 установлена заливная 3 и сливная 4 пробки, а также нанесена шкала 5 для определения уровня электролита и регулирования мощности. На задней плате 2 установлен штуцер 6, через который выходит газовая смесь и поступает в горелку 7. Электроды 8 изготовлены из стальных пластинчатых дисков с кольцевыми канавками, каждый из которых в верхней части имеет секторный вырез или с одной стороны покрыт щелочно-упорным изолятором. Электроды располагаются между задней и передней платами, разделяясь между собой диэлектрическими прокладками 9, образующими герметичную емкость. Электролизер установлен на неподвижном основании 10 и может на нем поворачиваться вокруг своей продольной оси с помощью вала 11, фрикционно связанного с платами электролизера. Плата и все электродные пластины имеют отверстия для стяжных шпилек 12. Горелка снабжена резиновым баллончиком, заполненным водой, для тушения факела. Перед горелкой установлен водяной затвор 13, снабженный двумя обратными клапанами, через который газ барботирует. Для работы электролизера используется источник постоянного тока 14 с необходимым напряжением.

Экспериментальные исследования заявляемого устройства проведены при резке металла со следующими параметрами. Дисковые электроды с кольцевыми проточками выполнены из низкоуглеродистой стали толщиной 0,3-0,5 мм, диаметром 192 мм. Количество электродов 112 шт. Толщина резиновых кольцевых прокладок 6 мм. В качестве электролита используется 22% , т. е. стандартный водный раствор NaOH. Напряжение при испытании от электросети в 220 В. Наибольший постоянный ток - 13 А, наименьший - 2 А. Наибольшая потребляемая мощность 2,86 кВт. Наименьшая потребляемая мощность 0,44 кВт. Диаметр сопла горелки, используемый при резке нержавеющей стали 1,2 мм. Пламя, полученное при силе тока в 6-8 А, позволяет производить резку нержавеющей стали толщиной в 3 мм. Масса установки 6,0 кг. Габаритные размеры: диаметр 240 мм, длина 700 мм.

Экспериментальные работы электролизера проведены при резке и сварке низкоуглеродистых и высоколегированных сталей, результаты положительные, т. е. возможна как сварка, так и резка сталей при толщине листа от 0,1 до 6,0 мм.

Аппарат является экологически чистым, так как при сгорании гремучего газа образуется перегретый пар. Диаметр сопла горелки от 0,1 до 1,5 мм. Аппарат практически пожаробезопасен, т. к. водяной затвор надежно отделяет горящий факел от емкости электролизера. За счет поворота электролизера вокруг продольной оси мощность плавно регулируется, что позволяет подобрать необходимый режим горения. Электроды, выполненные из стальных пластин в форме дисков, несложны в изготовлении, а при значительной надежности и компактности обеспечивают портативность аппарата.

Устройство работает следующим образом. Электрическая энергия поступает от аккумуляторной батареи или от другого источника постоянного тока. Электролитом служит водный раствор щелочи NaOH. В водном растворе при электролизе кроме ионов электролита Na⁺ и ОН^- имеются ионы, являющиеся продуктами диссоциации воды Н⁺ и ОН^-. В электрическом поле ионы водорода перемещаются к катоду, а ионы ОН^- - к аноду, т. е. у катода идет разрядка как катионов электролита, так и катионов водорода. На инертных электродах при электролизе водных растворов щелочей происходит электрохимическое восстановление воды с выделением водорода и электрохимическое окисление воды с выделением кислорода.

В щелочной среде уравнение имеет следующий вид: на катоде - 4Н₂О + 2е^- = Н₂ + 4ОН на аноде - 4ОН^- = О₂ + 2Н₂О + 4е^- 2Н₂(2) + О₂(2) → 2Н (пар) + теплота Выделяемая при реакции водорода с кислородом теплота используется для нагрева металла при сварке и резке.

К важнейшим условиям электролиза относят состав раствора, температуру и плотность тока. Плотностью тока является отношение силы тока к рабочей площади электрода. Согласно изобретению, электроды имеют в верхней части диска секторный вырез или покрытие щелочно-упорным изолятором с улучшенным теплоотводом. Наличие секторного выреза или покрытия позволяют при повороте всего электролизера вокруг продольной оси менять площадь контакта с электролитом, таким образом менять силу тока. Регулировка мощности аппарата производится по шкале, нанесенной на передней плате электролизера. Выбор рабочей площади электродов, силы тока, состава электролита определены расчетным и экспериментальным путем в зависимости от применения - сварки или резки металла, различных толщин и свойств стали.

Предлагаемый электролизер выгодно отличается от известного, так как плавная регулировка силы тока величиной площади поверхности электродов создает удобства в работе при высокой производительности электролизера. (56) Авторское свидетельство СССР N 1023001, кл. С 25 В 1/04, 1983.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СМЕСИ КИСЛОРОДА И ВОДОРОДА, включающий концевые плиты, между которыми размещены электроды, стянутые крепежными деталями, газоотводящее устройство, патрубок подачи электролита, диэлектрические прокладки, разделяющие электроды, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности регулирования количества смеси, электролизер снабжен валом и установлен с возможностью вращения, электроды выполнены в виде дисков, каждый из которых снабжен вырезом в виде сектора или на каждом из электродов нанесено покрытие из щелочноупорного изолятора в виде сектора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3