Электролизер для получения кислородно-водородной смеси

 

Изобретение относится к электрохимии и касается конструкции электролизера для получения кислородно-водородной смеси. Он состоит из ряда ячеек - электролизеров, электрически соединенных последовательно и параллельно относительно прохождения газа, электрические ячейки выполнены из двух коаксиально расположенных тонкостенных трубок-электродов с расстоянием между ними 0,3-6,0·10^-3м, электроизолированных друг от друга, межтрубное пространство которых герметизировано по концам, а ячейки сообщены по газовому тракту и электролиту с подпитывающей емкостью. 1 ил.

Изобретение касается генерирования горючих газов, используемых в качестве источника тепла для сварки, резки и пайки в производственных и бытовых условиях, а также в лабораторной практике.

Известен электролизер для сварки и пайки водяным газом, состоящий из многослойной конструкции электродных пластин, межэлектродные пространства которых соединены между собой по газу и электролиту (Серов С. Огонь из воды. Моделист-конструктор, N 7, 1980, с. 44-45).

Такой электролизер мало надежен в работе и взрывоопасен из-за возможной утечки газа.

Известен электролизер для сварки и пайки водяным газом, содержащий ряд одноэлементных ячеек-электролизеров, электрически соединенных последовательно и параллельно относительно прохождения газа (Сварка и пайка водным газом. Тенденции научно-технического прогресса, N 1, 1987, с. 12-13).

В этом устройстве также возможен вынос газовой смесью большого количества паров электролита из-за его высокой температуры, обусловленной плохими условиями теплоотвода; устройство имеет большие весовые характеристики и достаточно большое свободное пространство, в котором накапливается взрывоопасное количество газовой смеси.

Целью изобретения является уменьшение выноса газовой смесью паров электролита и снижение весовых характеристик устройства.

Это достигается путем выполнения электролитических ячеек из двух коаксиально расположенных тонкостенных (0,1-0,4˙10^-3 м) трубок-электродов с зазором между ними 0,3-6,0˙10^-3 м, электроизолированных друг от друга, межтрубное пространство которых герметизировано по концам, а ячейки сообщены по газовому тракту и электролите с подпитывающей емкостью. Подобная конструкция электролизера обладает также и повышенной взрывобезопасностью, вследствие малости объема газовой смеси в межтрубном пространстве каждой из ячеек, соединенных между собой по газовому тракту. Последний присоединен к подпитывающей емкости, одновременно служащей ловушкой для электролита, выбрасываемого в виде пены и поддерживающей минимальный взрывобезопасный объем газовой смеси в ячейках.

Предлагаемое изобретение существенно отличается от известных устройств тем, что электролиз в нем происходит в целом ряде герметичных ячеек, образованных самими охлаждаемыми по всей поверхности электродами минимальной толщины, что обеспечивает равномерность плотности тока на каждом электроде и минимум температуры прослоек электролита, а выбрасываемый в виде пены электролит возвращается в ячейки через подпитывающую емкость, поддерживая тем самым взрывобезопасное количество газовой смеси.

На чертеже изображено предложенное устройство.

Оно состоит из блока питания 1, ряда отдельных ячеек, образованных из внешних 3 и внутренних 5 трубок-электродов, по концам каждой из которых установлены изоляционные герметизирующие шайбы 2 и 7, имеющие штуцеры 8 и 9 для подключения к газовому тракту 6 и тракту 1, для подачи электролита 4, заливаемого в подпитывающую емкость 11.

Электролизер для получения кислородно-водородной смеси работает следующим образом.

Вначале заправляется электролитом подпитывающая емкость 11, из которой он поступает через тракт 10 в ячейки.

При подаче напряжения на электроды 3 и 5 электролит в межтрубных пространствах ячеек начинает нагреваться за счет выделения Джоулева тепла. Выделяющееся при этом тепло равномерно отводится в окружающую среду по всей поверхности внутреннего 5 и внешнего 3 электродов, одновременно обеспечивая тем самым условия минимума температуры прослойки электролита и равномерность плотности тока по поверхности электродов, тогда как в известных устройствах температурное поле электролита неизотермично и плотность тока неравномерна.

Образующиеся на электродах газовые пузыри способствуют вспениванию электролита и тем самым газовая смесь выбрасывает электролит в виде пены в газовый тракт, который полностью удерживается в подпитывающей емкости. Улавливание капель электролита происходит за счет резкого снижения скорости движения газовой смеси в подпитывающей емкости 11. Поступающий в подпитывающую емкость электролит по тракту 10 равномерно возвращается в ячейки, поддерживая тем самым постоянный уровень электролита и обеспечивая взрывобезопасное количество газовой смеси.

Концентрация паров электролита в газовой смеси является однозначной функцией температуры электролита и повышается с ростом его температуры. Обеспечение минимальной температуры электролита за счет интенсивного теплоотвода по всей поверхности тонкостенных электродов-трубок приводит к уменьшению выноса паров электролита, ухудшающих процесс сварки и ограничивающих применение рассматриваемого устройства.

По сравнению с известным устройством в предлагаемом с уменьшением толщины трубок-электродов улучшаются условия теплоотвода и уменьшаются весовые характеристики. Малая величина зазора между трубками-электродами (0,3-6,0˙10^-3м) обеспечивает минимум габаритных характеристик предлагаемого устройства за счет увеличения плотности тока, как это видно из приведенной формулы j σ·E σ (1) где j, σ и E плотность тока, удельная проводимость электролита и напряженность электрического поля между электродами. Причем U= E˙d, где U и d соответственно падение напряжения на электролите и расстояние между электродами. В известном устройстве при уменьшении расстояния между электродами и их толщины ухудшаются условия теплоотвода, что приводит к росту рабочей температуры электролита и, следовательно, к росту выноса его паров газовой смесью. В предлагаемом устройстве уменьшение расстояния между электродами-трубками приводит к росту плотности тока, как это следует из указанного соотношения, а теплосъем с наружных поверхностей электродов обеспечивает сохранение минимальной температуры электролита. В результате уменьшается вынос паров электролита. Уменьшение толщины стенок-электродов приводит к уменьшению их теплового сопротивления и тем самым весовых характеристик.

Нижний предел зазора между электродами в предлагаемом устройстве ограничен ростом сопротивления электролита в межтрубном пространстве из-за соизмеримости размеров образующихся пузырьков газов с указанным зазором. Верхний предел зазора ограничен ростом весовых характеристик устройства.

П р и м е р. Электролизер для получения кислородно-водородной смеси был изготовлен из 25 ячеек длиной 0,25 м, каждая из которых представляла собой две тонкостенные (0,2˙10^-3 м) стальные трубы со следующими наружными диаметрами: внутренним 25˙10^-3 м, наружным 32˙10^-3 м. Ячейки герметизировались по концам путем обкатки в сборе с изоляционными резиновыми шайбами, содержащими штуцеры, через которые ячейки подпитывались и соединялись с газовым трактом и полпитывающей емкостью.

В ходе испытаний плотность тока менялась в интервале от 1,5˙10^-3 до 1˙10³ А/м². При этом температура электролита в ячейках не превышала 52^оС, тогда как в известном устройстве при одинаковых условиях обдува и плотности тока 7,8˙10^-3 А/м² его температура в центре ячеек повышалась до 78^оС. Это приводит к уменьшению концентрации электролита в газовой смеси, получаемой предлагаемым устройством, в 1,56 раз.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОРОДНО-ВОДОРОДНОЙ СМЕСИ, включающий ряд электролитических ячеек, электрически соединенных последовательно, а относительно прохождения газа параллельно, отличающийся тем, что электрические ячейки выполнены в виде двух коаксиальных тонкостенных электродов с расстоянием между ними (0,3 6,0) · 10^-3 м, электроизолированных одна от другой, межэлектродное пространство которых выполнено загерметизированным по концам, причем ячейки сообщены по газу и электролиту с подпитывающей емкостью.

РИСУНКИ

Рисунок 1