Электрохимическая ячейка с элементом очистки электродов

 

Использование: в энергетике, химической промышленности и других отраслях хозяйства. Сущность изобретения: камера электрохимической ячейки выполнена в виде кольцевого канала 6, образованного внешней цилиндрической стенкой-электродом 1, верхней стенкой 2, полым цилиндрическим электродом 3, установленными внутри ячейки на нижней стенке 4 коаксиально электроду 1. На стенке расположен электрод 5 и лежит элемент 7 очистки, выполненный в виде тела, которое одним из своих торцов свободно охватывает часть периметра электрода 3, а частью другого касается поверхности электрода 1. Элемент очистки выполнен в виде кольцеобразного тела со смещенным центром тяжести и лопастями для вращения. Элемент очистки может быть выполнен из двух частей, одна часть которого имеет удельный вес меньше, а другая часть - больше, чем удельный вес анализируемой жидкости. Величина прижима элемента очистки, свободно движущегося за счет скоростного напора анализируемой жидкости, к стенкам кольцевого канала и электродам остается практически постоянной в течение длительного времени, что обеспечивает повышение надежности и эффективности очистки за счет трения скольжения. Кольцевой канал камеры ячейки и элемент очистки, выполненный из двух частей с разным удельным весом, позволяют длительно расположить в ней еще одну электродную систему и одновременно определять два компонента анализируемой жидкости при эффективной очистке электродов. 6 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для электрохимических измерений с целью определения состава и свойств технологических жидких сред и сточных вод при одновременной очистке электродов электрохимической ячейки.

Известно, что при работе электродов в загрязненных жидкостях происходит постепенное обрастание их поверхности в виде пленок, налетов и выпадения осадков.

Эти явления приводят к снижению точности и достоверности измерений из-за изменения электродных характеристик, воспроизводимость которых может быть обеспечена только при сохранении неизменными активной площади и степени матовости рабочей поверхности электродов путем их очистки.

Известна электрохимическая ячейка анализатора Гидростат фирмы Полиметрон (Швейцария) с элементом очистки, выполненная в виде замкнутой цилиндрической камеры [1] На дне камеры установлен очищаемый электрод, рабочая поверхность которого находится на одном уровне с поверхностью дна. Там же свободно размещены тефлоновые шарики. Камера имеет штуцер для ввода жидкой анализируемой среды вдоль ее цилиндрической стенки и штуцер для ее вывода. Очистка рабочей поверхности электрода в электрохимической ячейке происходит следующим образом. Вдоль цилиндрической стенки камеры вводится поток анализируемой жидкости, приводящий к хаотическому движению тефлоновые шарики. Благодаря соприкосновению шариков с рабочей поверхностью электрода происходит ее очистка от загрязнений.

Недостатком данной конструкции является невозможность очистки рабочих поверхностей электродов, если их расположить в цилиндрической или в верхней стенках камеры. Это обусловлено тем, что шарики могут соприкасаться со стенкой камеры в пределах только узкой полосы, расположенной от ее дна на высоте, примерно равной радиусу шарика, из-за отсутствия внешних сил, способных перемещать их по всей высоте стенки.

Кроме того, при движении тефлоновых шариков по дну камеры благодаря их сферической форме в основном присутствует трение качения, а не скольжения, что существенно снижает их абразивное воздействие на рабочую поверхность электродов и затрудняет их очистку от прочных отложений, пленок и т.п.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является электрохимическая ячейка с элементом очистки, выполненная в виде замкнутой камеры с верхней и нижней стенками, в боковой цилиндрической стенке которой на уровне ее поверхности размещен очищаемый рабочий торец электрода [2] В центре камеры на оси установлен с возможностью вращения элемент очистки с лопастями на боковой поверхности. Камера имеет штуцер для ввода анализируемой жидкости вдоль ее цилиндрической стенки и штуцер для ее вывода. Очистка рабочей поверхности электрода в электрохимической ячейке происходит следующим образом. Вдоль цилиндрической стенки камеры вводится поток анализируемой жидкости, приводящий во вращательное движение элемент очистки за счет давления потока, оказываемого на его лопасти. При вращении торцы лопаток упруго соприкасаются с рабочей поверхностью электрода и очищают ее от загрязнений.

Недостатком данной конструкции является большое трение лопасти элемента очистки о стенки камеры и рабочую поверхность электрода, что требует создания большого расхода анализируемой жидкости для приведения элемента очистки в движение, что не всегда возможно. Лопасти должны быть изготовлены из специального износоустойчивого упругого материала, что удорожает конструкцию. По мере износа трущихся поверхностей элемента очистки прижим их к поверхности электрода уменьшается, а эффективность очистки падает. Кроме того, данная конструкция электрохимической ячейки не обеспечивает очистку рабочих поверхностей электродов, встроенных в плоские стенки камеры, что ограничивает функциональные возможности ячейки.

Задачей изобретения является повышение надежности и эффективности очистки электродов, упрощение конструкции и эксплуатации ячейки, расширение ее функциональных возможностей.

Для решения указанной задачи замкнутая камера в электрохимической ячейке с элементом очистки электродов выполнена в виде кольцевого канала с верхней и нижней стенками, входным и выходным штуцерами, внутри канала размещены по крайней мере один очищаемый электрод и элемент очистки, выполненный со смещенным центром тяжести относительно вертикальной оси симметрии кольцевого канала и размещенный в кольцевом канале с возможностью свободного перемещения.

Элемент очистки электродов может быть выполнен в виде кольцеобразного тела и по крайней мере с одной лопастью.

Элемент очистки может быть выполнен в виде тела, по крайней мере один из линейных размеров которого больше расстояния между цилиндрическими стенками кольцевого канала и ориентирован вдоль него.

Элемент очистки электродов может быть выполнен в виде по крайней мере двух отдельных частей, удельный вес одной из которых меньше, а другой больше удельного веса анализируемой жидкости.

В элементе очистки может быть выполнено по крайней мере одно сквозное отверстие.

Выходной штуцер может быть размещен в нижней стенке камеры и сообщаться с верхней частью кольцевого канала камеры с помощью по крайней мере одного отверстия, выполненного внутри объема ячейки, ограниченного цилиндрической поверхностью меньшего диаметра кольцевого канала.

Создание в цилиндрической камере ячейки кольцевого канала и размещение в нем без жесткой связи со стенками элемента очистки обеспечивает его свободное движение под напором подаваемой через входной штуцер анализируемой жидкости. При этом элемент очистки прижимается к стенкам кольцевого канала камеры и электродам и осуществляет их очистку за счет трения скольжения.

В результате сохраняется воспроизводимость электродных характеристик и исключаются отложения загрязнений на стенках кольцевого канала, способные привести к изменению скорости потока анализируемой жидкости в камере.

Величина прижима элемента очистки к стенкам канала определяется только напором (скоростью) потока анализируемой жидкости и массой самого элемента, которая остается практически постоянной во время эксплуатации ячейки, так как износ элемента очистки незначителен по сравнению с его массой. При этом, как известно, скорость потока жидкости относительно электродов при электрохимических измерениях всегда задается постоянной с помощью специальных устройств, например маностата.

Все вышеперечисленное является техническим эффектом предложенного изобретения и обеспечивает повышение надежности и эффективности очистки.

Элемент очистки, выполненный в виде кольцеобразного тела, может очищать от загрязнений электроды, расположенные на одной из цилиндрических стенок и на одной из плоских стенок кольцевого канала. Кольцеобразное тело может быть выполнено в виде кольца или иметь овальную, граненую и др. формы.

Элемент очистки, выполненный в виде кольцеобразного тела из двух разных по удельному весу частей, одновременно может очищать от загрязнений электроды, расположенные на одной из цилиндрических стенок и на двух плоских стенках кольцевого канала.

В обоих случаях в зависимости от выбранного соотношения внутреннего и внешнего размеров кольцеобразного тела (или его частей) с меньшим диаметром кольцевого канала элемент очистки будет очищать от загрязнений электроды, расположенные только на заданной этим соотношением одной цилиндрической стенке кольцевого канала камеры.

Элемент очистки, выполненный в виде тела, по крайней мере один из линейных размеров которого больше расстояния между цилиндрическими стенками кольцевого канала и ориентирован вдоль него при размещении элемента, обеспечивает очистку электродов от загрязнений, расположенных на обеих цилиндрических стенках и на одной из плоских стенок кольцевого канала камеры.

В случае выполнения вышеописанного элемента очистки из двух частей с разным удельным весом обеспечивается очистка электродов, расположенных на обеих цилиндрических и обеих плоских стенках кольцевого канала.

Элемент очистки, у которого выполнены сквозные отверстия, повышает чувствительность и точность измерений за счет более эффективного перемешивания анализируемой жидкости между стенками кольцевого канала.

Кроме того, стенки этих отверстий выполняют роль лопастей, способствующих движению элемента очистки под напором потока анализируемой жидкости.

Способность элемента очистки, по одному из вариантов выполнения, обеспечить очистку электродов, расположенных на всех четырех стенках кольцевого канала, позволяет расширить функциональные возможности электрохимической ячейки. Данный технический эффект заключается в том, что, например, при амперометрических измерениях, при прочих равных условиях, в кольцевом канале камеры (на двух цилиндрических и двух плоских стенках) можно разместить дополнительно минимум одну независимую пару электродов, что позволит одновременно определять минимум два компонента анализируемой жидкости.

Выполнение элемента очистки в виде двух частей с разным удельным весом относительно удельного веса анализируемой жидкости повышает эффективность очистки верхней и нижней стенок кольцевого канала камеры.

Размещение отверстия вывода анализируемой жидкости в верхней части кольцевого канала обеспечивает вывод вместе с жидкостью скапливающихся в верхней части кольцевого канала газовых пузырей. Они могут обволакивать часть поверхности электродов, что уменьшает их рабочую поверхность, контактирующую с анализируемой жидкостью, и искажает результат измерения.

Размещение выходного штуцера в нижней части камеры упрощает ее соединение со сточной канализацией, расположенной, как правило, в нижней части помещения.

На фиг. 1 изображена предлагаемая электрохимическая ячейка с элементом очистки, камера которой выполнена в виде замкнутого кольцевого канала; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 вариант выполнения элемента очистки в виде кольцеобразного тела, две проекции; на фиг. 4 сечение Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 вариант размещения выходного штуцера и очищаемого электрода в верхней стенке камеры и выполнение элемента очистки в виде кольцеобразного тела, состоящего из двух частей с разным удельным весом.

Камера (фиг. 1) имеет очищаемый электрод 1, служащий одновременно внешней цилиндрической стенкой 16, верхнюю стенку 2 и полый очищаемый цилиндрический электрод 3.

Электрод 3 жестко установлен на нижней стенке 4 коаксиально электроду 1.

В нижней стенке 4 расположен также очищаемый электрод 5, торец которого выполнен на одном уровне с поверхностью стенки 4.

Стенки 2 и 4 выполнены из непроводящего электрический ток материала.

Поверхности электродов 1 и 3, а также стенок 2 и 4 образуют кольцевой канал 6, в котором на нижней стенке 4 свободно лежит элемент очистки со сквозным отверстием 8 и лопастями 9.

У элемента 7 очистки один из линейных размеров, который ориентирован вдоль кольцевого канала 6 при размещении в нем элемента, больше расстояния между противоположными цилиндрическими стенками канала 6.

Кольцевой канала 6 через зазор 10 и внутреннюю полость в электроде 3 соединен с выходным штуцером 11, а входной штуцер 12 присоединен к электроду 1 (стенке 16).

Элемент 7 очистки выполнен из неэлектропроводного материала. Одним из своих торцов он свободно охватывает часть периметра электрода 3, а другим касается поверхности электрода 1.

Выполненный в виде кольцеобразного тела элемент очистки (фиг. 2) имеет смещенный центр тяжести за счет неконцентричности его внутреннего и внешнего диаметров.

На фиг. 3 показано размещение выходного штуцера 11 и очищаемого электрода 13 на верхней стенке 2 кольцевого канала 6.

Там же изображен кольцеобразный элемент очистки, одна часть 14 которого имеет удельный вес меньше, а другая часть 15 больше, чем удельный вес анализируемой жидкости.

Очистка рабочих поверхностей электродов и стенок кольцевого канала происходит следующим образом.

Вдоль электрода 1 (стенки 16) камеры через штуцер 12 вводится анализируемая жидкость, приводящая в движение элемент очистки 7 (14 и 15) в кольцевом канале 6 за счет скоростного напора потока на него как на поршень.

При прохождении элемента очистки 7 (14 и 15) вдоль отверстия входного штуцера 12 силовое воздействие потока жидкости на элемент 7 (14 и 15) осуществляется с помощью лопастей 9.

Во время движения элемент очистки 7 (14 и 15) частью своей поверхности прижимается скоростным напором потока анализируемой жидкости и силой, обусловленной разностью удельного веса элемента очистки и анализируемой жидкости, к поверхности стенок канала 6 и электродов 1, 3, 5 (13) и за счет трения скольжения очищает их.

При движении элемента 7 (14 и 15) в кольцевом канале 6 осуществляется перемешивание слоев анализируемой жидкости, примыкающих к разным стенкам канала, с помощью отверстий 8.

Частички грязи и пузырьки газа вместе с потоком анализируемой жидкости через зазор 10, полость в электроде 3 и выходной штуцер 11 удаляются из кольцевого канала 6 камеры.

Формула изобретения

1. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА С ЭЛЕМЕНТОМ ОЧИСТКИ ЭЛЕКТРОДОВ, выполненная в виде замкнутой камеры с верхней и нижней стенками, входным и выходным штуцерами, внутри камеры размещены по крайней мере один очищаемый электрод и подвижный элемент очистки, отличающаяся тем, что замкнутая камера выполнена в виде кольцевого канала, а элемент очистки выполнен со смещенным центром тяжести относительно вертикальной оси симметрии кольцевого канала и размещен в кольцевом канале с возможностью свободного перемещения.

2. Ячейка по п.1, отличающаяся тем, что элемент очистки выполнен в виде кольцеобразного тела и по крайней мере с одной лопастью.

3. Ячейка по п.1, отличающаяся тем, что элемент очистки выполнен в виде части кольцеобразного тела, частично охватывающего своей вогнутой поверхностью цилиндрическую боковую стенку малого диаметра кольцевого канала, и по крайней мере один из горизонатльных линейных размеров этой части тела больше расстояния между цилиндрическими стенками кольцевого канала и ориентирован вдоль него.

4. Ячейка по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что элемент очистки выполнен в виде по крайней мере двух отдельных частей, удельный вес одной из которых меньше, а другой - больше удельного веса анализируемый жидкости.

5. Ячейка по пп.1 - 4, отличающаяся тем, что в элементе очистки выполнено по крайней мере одно сквозное отверстие.

6. Ячейка по пп.1 - 5, отличающаяся тем, что выходной штуцер сообщается с верхней частью кольцевого канала.

7. Ячейка по пп.1 - 5, отличающаяся тем, что выходной штуцер расположен в нижней стенке камеры и сообщается с верхней частью кольцевого канала с помощью по крайней мере одного отверстия, выполненного внутри центральной части тела ячейки, ограниченной боковой стенкой малого диаметра кольцевого канала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5