Монополярно-биполярный электролизер для получения смеси водорода и кислорода


 

C25B1 - Электролитические способы; электрофорез; устройства для них (электродиализ, электроосмос, разделение жидкостей с помощью электричества B01D; обработка металла воздействием электрического тока высокой плотности B23H; обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод электрохимическими способами C02F 1/46; поверхностная обработка металлического материала или покрытия, включающая по крайней мере один способ, охватываемый классом C23 и по крайней мере другой способ, охватываемый этим классом, C23C 28/00, C23F 17/00; анодная или катодная защита C23F; электролитические способы получения монокристаллов C30B; металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной

Владельцы патента RU 2475343:

Григорьян Сергей Армаисович (RU)

Изобретение относится к газопламенной обработке материалов водородно-кислородной смесью, в частности к электролизерам для получения смеси водорода и кислорода. В электролизере Электролизер может быть фильтр-прессным или ящичным, при этом часть его электродов - монополярные, а часть - биполярные. Электролизер состоит из плоских или фигурных параллельных электродов с отверстиями или пазами для прохода газа и электролита. Пространство между электродами заполнено электролитом, и к крайним электродам подведен электрический ток. Электроды соединены между собой токоведущими шинами в блоки, два крайних из которых содержат по n+1, а остальные - по 2n+1 электродов, где n - натуральное число. При этом средние электроды каждого блока с 2n+1 электродами размещены в зазоре между двумя смежными блоками, а остальные 2n электродов этого блока - в середине зазоров между электродами смежных блоков, не контактируя с их токоведущими шинами. Технический результат заключается в многократном уменьшении площади (диаметра) каждого отдельного электрода в электролизерах, рассчитанных на токи порядка 100 А и более. 1 ил.

 

Изобретение относится к газопламенной обработке материалов водородно-кислородным пламенем с получением водородно-кислородной смеси электролизом воды непосредственно на месте сварки.

Современные электролизеры подразделяют на монополярные и биполярные по схеме подключения электродов к источнику питания (Якименко Л.М., Модылевская И.А., Ткачек З.А. Электролиз воды. М.: Химия, 1970 г., 263 с.). В монополярных электролизерах все электроды-аноды присоединены к одной общей токоведущей шине, а все электроды-катоды - к другой. Поэтому такой электролизер представляет собой, в сущности, одну электролизную ячейку, каждый из электродов которой состоит из нескольких элементов, включенных параллельно в цепь тока. Биполярные электролизеры состоят из большого количества ячеек, включенных последовательно в цепь тока, причем одна сторона каждого электрода, за исключением двух крайних, к которым подключен источник питания, является катодом одной ячейки, другая - анодом соседней ячейки.

Электролизеры, предназначенные для общепромышленного применения, должны давать не менее 1,5 куб. м смеси в час. Монополярный электролизер потребляет около 1600 А на каждый кубометр водородно-кислородной смеси в час. Следовательно, монополярный электролизер, предназначенный для общепромышленного применения, потребляет не менее 2400 А. При таком токе электролизеру необходимы массивные токоподводы и тяжелый источник питания, что делает его неприемлемо громоздким для использования в составе электролизно-водного генератора (термин «электролизно-водный генератор» - по ГОСТ 2601-84, термин №160). Биполярные электролизеры потребляют сравнительно небольшой ток, но высокого напряжения. Отсюда повышенные требования к изоляции электродов и утечка тока в обход электродов (через отверстия в них и неплотности между электродом и корпусом электролизера). Энергия тока утечки расходуется только на нагрев электролита, а не на образование водороднокислородной смеси.

В крупных электрохимических цехах, например, в производстве меди, где имеется много электролизеров, используют параллельно-последовательное включение монополярных электродов, когда несколько монополярных электролизеров (электролизных ванн) соединяют последовательно (Прикладная электрохимия / Учебник для вузов под ред. А.П.Томилова. М.: Химия, 1984. Стр.38-39). При этом каждый электролизер установлен в отдельном корпусе или отделен от другого электролизера общей для них диэлектрической стенкой. Применительно к электролизно-водным генераторам реализация и этой схемы подключения делает электролизер неприемлемо громоздким.

Предлагается электролизер для получения водородно-кислородной смеси, в котором большинство электродов - монополярные, а остальные - биполярные. Электролизер может быть фильтр-прессным или ящичным и содержит плоские или рельефные параллельные электроды с отверстиями или пазами для прохода газа и электролита. Зазоры между электродами одинаковы и заполнены электролитом, а к крайним электродам подведен электрический ток. Электроды соединены между собой токоведущими шинами в блоки, два крайних из которых содержат по n+1, остальные - по 2n+1 электродов, где n - натуральное число. При этом средний электрод каждого блока с 2n+1 электродами размещен между двумя смежными блоками электродов, а остальные 2n этого блока - в середине зазоров между электродами смежных блоков, не соприкасаясь с их токоведущими шинами.

В результате средние электроды блоков с 2n+1 электродами являются биполярными, все остальные - монополярными, а электролизер в целом представляет собой последовательно соединенные монополярные электролизеры, в каждом из которых 2n+1 электролизных ячеек. Перегородками, отделяющими каждый такой монополярный электролизер от смежных, являются биполярные электроды.

Число блоков электродов выбирают сообразно напряжению источника питания электролизера, а число электродов в блоке - по току, на который рассчитывают электролизер.

Схематическое изображение описываемого электролизера для n=2 и семи блоков с 2n+1 электродами изображено на чертеже.

Как видно из чертежа, электролизер содержит пакет электродов 1 с электролитом 2 между ними. К крайним электродам подключены токоподводы 3 и 4. Электролизер может быть фильтр-прессным или ящичным. В электродах имеются отверстия или пазы для прохода газа и электролита (на чертеже не показаны). Электроды в пакете могут быть плоскими или рельефными в них. Электроды соединены токоведущими шинами 5 в блоки I-IX. Два крайних блока (I и IX) содержат по 3 электрода, остальные - по 5 электродов. Средние электроды блоков II-VIII являются биполярными и делят пакет электродов на восемь последовательно соединенных монополярных электролизеров по 5 ячеек в каждом (границы монополярных электролизеров показаны на чертеже пунктиром).

Технический эффект предложенного изобретения - многократное уменьшение площади (диаметра) каждого отдельного электрода в электролизерах, рассчитанных на токи порядка 100 А и более, что, в свою очередь,

1) облегчает обеспечение безопасности электролизеров для получения водородно-кислородной смеси, как сосудов, работающих под давлением,

2) позволяет сделать электролизеры производительностью 1500 литров/час и более водородно-кислородной смеси столь компактными, что «Правила проектирования и эксплуатации сосудов, работающих под давлением» не распространяются на них,

3) значительно сокращает выделение тепла по сравнению с биполярными электролизерами с таким же числом ячеек, так как потери тока на утечку в обход электродов при прочих равных сокращаются в 2n+1 раз,

4) позволяет облегчить циркуляцию электролита через электролизер, так как в монополярных электродах увеличение площади отверстий для протекания электролита не приводит к росту потерь тока и тепловыделения за счет утечки тока в обход электродов.

В соответствии с предложенным, были изготовлены электролизеры для получения водородно-кислородной смеси мощностью 3,0, 7,5 и 15,0 кВА. Испытания этих электролизеров подтвердили работоспособность питания электродов по предложенной схеме и все изложенные выше преимущества такого питания. В частности, тепловыделение сократилось в несколько раз по сравнению с тепловыделением биполярных электролизеров такой же производительности по водородно-кислородной смеси.

Электролизер для получения водородно-кислородной смеси фильтр-прессного или ящичного типа, содержащий пакет параллельных электродов, выполненных плоскими или рельефными с отверстиями или пазами для прохода газа и электролита, электролит в межэлектродном пространстве и токоподводы к крайним электродам, отличающийся тем, что электроды соединены между собой токоведущими шинами в блоки, два крайних из которых содержат по n+1 электродов, а остальные - по 2n+1 электродов, где n - натуральное число, при этом средние электроды каждого блока с 2n+1 электродами размещены в зазоре между смежными блоками, а остальные 2n электродов этого блока - в середине зазоров между электродами двух смежных блоков, без контакта с их токоведущими шинами, причем средние электроды блоков c 2n+1 электродами являются биполярными, а остальные электроды - монополярными.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к газопламенной обработке материалов водородно-кислородным пламенем, когда водородно-кислородную смесь (гремучий газ) получают электролизом воды в электролизно-водном генераторе (термин «электролизно-водных генератор» - по ГОСТ 2601-84, термин 160).

Изобретение относится к области дезинфецирующих композиций, а именно к высокостабильному кислотному водному раствору, способу и устройству его получения. .

Изобретение относится к области промышленного получения хлора, водорода и едкого натра путем электрохимического разложения раствора хлорида натрия и может найти применение в различных отраслях народного хозяйства и в первую очередь на станциях обеззараживания воды.

Изобретение относится к электрокаталитическому способу получения углеводородов, в частности диенов, олефинов, алканов и спиртов, путем гальваностатического электролиза смеси 10-ундециленовой и уксусной кислот, которые частично нейтрализованы и находятся в виде соли.

Изобретение относится к способу получения раствора ионного серебра. .

Изобретение относится к «водородной» энергетике и может быть использовано на станциях заправки водородом перспективного автотранспорта на топливных элементах.

Изобретение относится к устройству для газопламенной обработки образцов материалов путем высокоинтенсивного и высокотемпературного их нагрева и может быть применено при проведении испытаний на прочность и стойкость при повышенных более 1000°C температурах и при нагреве образцов со скоростью 30 50 град/с, т.е.

Изобретение относится к устройству для газопламенной обработки материалов с использованием смеси газов, полученной при электролизе воды, и может найти применение в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к газопламенной обработке металлов и может быть использовано при взрывоопасной ситуации в качестве вспомогательного оборудования для защиты от пожара и взрывов.

Изобретение относится к газопламенной обработке металлов и может быть использовано при взрывоопасной ситуации в качестве вспомогательного оборудования для защиты от пожара и взрывов.

Изобретение относится к регуляторам давления горючих газов и может быть использовано в качестве вспомогательного оборудования для регулирования давления пропана в процессе газопламенной обработки металлов.

Изобретение относится к газопламенной обработке материалов смесью газов, полученных при электролизе воды в электролизно-водяном генераторе, и применяется как малогабаритное переносное устройство, которое используется для сварки.

Изобретение относится к варочному оборудованию, может быть использовано для газопламенной обработки металлов при работе с газами - заменителями ацетилена, кроме водорода, горящими в смеси с кислородом или воздухом.

Изобретение относится к сварочной технике и может быть использовано для газовой резки и сварки в производственных и бытовых условиях. .

Изобретение относится к сварочной технике и может быть использовано для газопламенной обработки металлов в производственных и бытовых условиях. .

Изобретение относится к сварочному оборудованию, может быть использовано для газопламенной обработки металлов при работе от газов, заменяющих ацетилен, кроме водорода, горящих в смеси с кислородом или воздухом.

Изобретение относится к держателю (1) для крепления и перемещения сварочной горелки, резательной горелки или другой соответствующей горелки (6) на рабочем месте. Держатель (1) содержит раму, которая установлена с возможностью перемещения на основании, зажимное устройство (5) горелки (6) для закрепления горелки (6) в держателе (1) с возможностью съема. Зажимное устройство (5) содержит соединительное средство (5а) для соединения с держателем (1), крепежное средство (6а) для закрепления горелки (6) в зажимном устройстве (5) и по меньшей мере один соединительный элемент (17) для соединения средства (5а) и крепежного средства (6а) друг с другом. Крепежное средство (6а) имеет возможность перемещения относительно соединительного средства (5а). Стопорное средство (7а) функционально объединено с крепежным средством (6а) и предназначено для неподвижного закрепления горелки (6) в крепежном устройстве (6), а также для закрепления крепежного средства (6а) в различных позициях относительно соединительного средства (5а) таким образом, чтобы расстояние от горелки (6) до рабочего объекта и позиция горелки (6) относительно соединительного устройства были жестко зафиксированы. В результате обеспечивается быстродействие настройки сварочной горелки при изменении направления сварки и свариваемого объекта, при этом обеспечивается одновременная установка углов сварки и расстояния головки горелки относительно сварочного объекта. 13 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх