Устройство для подвода к электрохимическим ячейкам исходных компонентов и отвода продуктов реакции

Авторы патента:

Кожевников Валерий Александрович (RU)

Макаренко Елена Викторовна (RU)

Арончик Аркадий Моисеевич (RU)

Кудряков Сергей Борисович (RU)

Будков Валерий Анатольевич (RU)

C25B1/06 - 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 2679628:

Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша" (RU)

Изобретение относится к устройству для подвода к электрохимическим ячейкам исходных компонентов и отвода продуктов реакции, содержащему пластину и соединенный с одной ее стороной гофрированный слой. Устройство характеризуется тем, что содержит второй гофрированный слой, соединенный со второй стороной пластины, причем каждый гофрированный слой включает по меньшей мере два ряда, каждый из которых выполнен из двух гофрированных пластин, соединенных между собой по вершинам гофр, при этом между соседними рядами выполнен зазор. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в предотвращении запирания каналов газовыми пробками и обеспечении равномерного распределения потоков жидкости и газа в каналах устройства без образования застойных зон. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области электрохимии, а именно к конструкциям устройств, необходимых для подвода исходных компонентов к электрохимическим ячейкам и отвода продуктов реакции от них.

Предлагаемое устройство может быть использовано в конструкции электрохимического устройства, например, электролизера с твердополимерным электролитом (ТПЭ), где оно служит для подвода к электрохимическим ячейкам исходных компонентов и отвода продуктов реакции, а также для разделения электрохимических ячеек друг от друга, при этом одновременно обеспечивает последовательное электрическое соединение ячеек электролизера.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является решение, раскрытое в WO 2010109795 А1, 30.09.2010. Известное решение представляет собой устройство для подвода к ячейкам исходных компонентов и отвода продуктов реакции, содержащее пластину и соединенный с одной ее стороной гофрированный слой, причем гофрированный слой выполнен в виде одной гофрированной пластины.

Недостатки наиболее близкого аналога:

- конструкция устройства не обеспечивает необходимый объем камер для подвода к ячейкам исходных компонентов и отвода продуктов реакции, так как рабочими являются только те каналы, которые образованы в зоне непосредственного контакта устройства с электрохимической ячейкой;

- наличие непрерывных каналов, образованных устройством в зоне его непосредственного контакта с электрохимической ячейкой, может спровоцировать образование застойных зон и газовых пробок в каналах, что в свою очередь приводит к локальным перегревам и, в конечном счете, выходу из строя ячеек.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков и создание надежного устройства для подвода к электрохимическим ячейкам исходных компонентов и отвода продуктов реакции.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в предотвращении запирания каналов газовыми пробками и обеспечении равномерного распределения потоков жидкости и газа в каналах устройства без образования застойных зон.

Для решения задачи и обеспечения технического результата предлагается устройство для подвода к электрохимическим ячейкам исходных компонентов и отвода продуктов реакции, которое содержит пластину и соединенный с одной ее стороной гофрированный слой. Устройство содержит второй гофрированный слой, соединенный со второй стороной пластины. Причем каждый гофрированный слой включает по меньшей мере два ряда, каждый из которых выполнен из двух гофрированных пластин, соединенных между собой по вершинам гофров, при этом между соседними рядами выполнен зазор.

Первый гофрированный слой содержит первую группу каналов, а второй гофрированный слой содержит вторую группу каналов, причем указанные слои расположены таким образом, что оси каналов первой и второй группы перпендикулярны.

Соседние ряды могут быть смещены друг относительно друга на половину ширины одного гофра.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства со стороны первого гофрированного слоя.

На фиг. 2 приведен общий вид устройства со стороны второго гофрированного слоя.

На фиг. 3 изображено устройство, согласно изобретению, вид в поперечном разрезе.

На фиг. 4 представлен общий вид устройства, выполненного со смещением соседних рядов друг относительно друга на половину ширины одного гофра.

Устройство для подвода к электрохимическим ячейкам исходных компонентов и отвода продуктов реакции (Фиг. 1-3) содержит пластину 1 в виде плоского металлического листа и два гофрированных слоя закрепленных соответственно к первой и второй стороне пластины 1. По периметру пластины 1 выполнены отверстия для подвода к каналам воды и отвода из каналов продуктов электролиза: кислорода, смеси водорода и воды, неразложившейся в процессе электролиза. Пластина 1 может быть изготовлена из листа титана марки ВТ 1-0 (ГОСТ 22178-76).

Гофрированные пластины изготавливаются, например, из титановых лент ВТ 1-0 (ОСТ 1-90027-71) посредством прокатки этих лент между двумя шестернями, с возможностью регулирования межцентрового расстояния и, соответственно, высоты гофра (складки). Предпочтительно использование гофрированных пластин с трапециевидным профилем гофра. Гофрированные пластины скрепляют между собой и с пластиной 1 контактной (конденсаторной) сваркой. Ряды 2 и 3 соответственно первого и второго гофрированных слоев состоят из двух гофрированных пластин, соединенных между собой по вершинам гофров. Такое выполнение обеспечивает требуемую жесткость конструкции, увеличенный объем каналов для подвода исходных компонентов и отвода продуктов реакции электролитической диссоциации воды, а также снижает вероятность «схлопывания» каналов. Оптимальным является вариант, когда в каждом гофрированном слое содержится от 2 до 6 рядов с зазором между соседними рядами, однако количество рядов в слое может быть увеличено, в зависимости от габаритов электрохимического устройства. Зазор между соседними рядами может составлять, например, 1 мм и менее. Наличие зазоров между рядами необходимо для выравнивания давления в каналах и для улучшения перемешивания исходных компонентов (воды) и продуктов реакции (смеси водорода и воды, неразложившейся в процессе электролиза), что предотвращает запирание каналов газовыми пробками. Соседние ряды могут быть смещены друг относительно друга на половину ширины одного гофра, что дополнительно улучшает перемешивание исходных компонентов и продуктов реакции.

Первый гофрированный слой содержит первую группу каналов, а второй гофрированный слой содержит вторую группу каналов. Причем эти слои при соединении с пластиной 1 располагают таким образом, что продольные оси каналов первой и второй группы перпендикулярны. Такое расположение позволяет осуществлять подвод воды к катоду и отвод смеси воды и водорода от него, а также отвод кислорода от анода через отдельные магистрали.

Принцип работы предлагаемого изобретения.

Устройство согласно изобретению устанавливают между электрохимическими ячейками и прижимают к ним. Одна сторона устройства контактирует с анодом одной ячейки, а вторая - с катодом соседней ячейки, образуя каналы для подвода исходных компонентов и отвода продуктов реакции. Через каналы со стороны катода подводится вода и отводится газожидкостная смесь водорода и неразложившейся воды, а через каналы со стороны анода отводится кислород. Предлагаемое устройство не только осуществляет свою основную функцию - подвод к электрохимическим ячейкам исходных компонентов и отвод продуктов реакции, но и разделяет ячейки друг от друга, обеспечивая при этом их последовательное электрическое соединение за счет равномерного электрического контакта по всей площади рабочей поверхности.

1. Устройство для подвода к электрохимическим ячейкам исходных компонентов и отвода продуктов реакции, содержащее пластину и соединенный с одной ее стороной гофрированный слой, отличающееся тем, что содержит второй гофрированный слой, соединенный со второй стороной пластины, причем каждый гофрированный слой включает по меньшей мере два ряда, каждый из которых выполнен из двух гофрированных пластин, соединенных между собой по вершинам гофр, при этом между соседними рядами выполнен зазор.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый гофрированный слой содержит первую группу каналов, а второй гофрированный слой содержит вторую группу каналов, причем указанные слои расположены таким образом, что оси каналов первой и второй групп перпендикулярны.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что соседние ряды смещены друг относительно друга на половину ширины одного гофра.

Изобретение относится к термохимически стойкому аноду для электролиза алюминия из криолитно-глиноземных расплавов. Анод содержит верхний элемент (1) и подвешенный на нём нижний элемент.

Способ получения электродных материалов для топливных элементов и суперконденсаторов // 2678438

Изобретение относится к способу получения электродных материалов для топливных элементов и суперконденсаторов, включающий электрохимическое диспергирование в растворе гидроксида одного из щелочных металлов, электрохимическое окисление с одновременным осаждением образующихся наночастиц платины или оксида никеля на углеродный носитель под воздействием переменного тока, промывку и сушку готового материала.

Способ получения эластичной алюмооксидной наномембраны // 2678055

Изобретение относится к созданию эластичной алюмооксидной наномембраны на основе анодированного алюминия. Способ включает подготовку поверхности образцов путем термообработки в течение 30 мин при температуре 450°С и анодирование в многокомпонентном электролите 50 г/л щавелевой кислоты + 100 г/л лимонной кислоты + 50 г/л борной кислоты + 100 мл/л изопропилового спирта в гальваностатическом режиме при температуре 20°С и плотности тока 25 мА/см2.

Узел крепления расходуемого электрода и электролитическое устройство, включающее в себя этот узел // 2677896

Изобретение относится к контактирующему с электролитом узлу крепления расходуемого электрода, содержащему первую трубу, в которой протекает электролит; вторую трубу, которая выполнена из изоляционного материала и обеспечивает возможность протекания электролита; блок цилиндрического расходуемого электрода, размещенный между первой трубой и второй трубой так, чтобы обеспечить возможность протекания электролита, и включающий в себя расходуемый электрод, который контактирует с электролитом; первое трубное соединение, выполненное с возможностью непроницаемого для жидкости присоединения первой трубы к блоку расходуемого электрода разъемным образом; и второе трубное соединение, выполненное с возможностью непроницаемого для жидкости присоединения второй трубы к блоку расходуемого электрода разъемным образом.

Способ разложения воды на кислород и водород и устройства для его осуществления // 2675862

Изобретение относится к способу разложения воды на кислород и водород и устройству для его осуществления. Способ осуществляют путем воздействия на воду, протекающую по межэлектродным полостям, электрическим и магнитным полями.

Способ получения графена, пленок и покрытий из графена // 2675146

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении композитов, электрохимических и электрофизических устройств. В электролите, содержащем источник углерода, размещают электроды.

Способ получения поликристаллического кремния // 2674955

Изобретение относится к технологии полупроводниковых материалов и может быть использовано в производстве поликристаллического кремния. Способ включает получение хлористого водорода из хлора и водорода; получение трихлорсилана в реакторе кипящего слоя металлургического кремния с катализатором с использованием синтезированного хлористого водорода и оборотного хлористого водорода из системы конденсации после водородного восстановления трихлорсилана с образованием парогазовой смеси 1, содержащей хлорсиланы и водород; конденсацию хлорсиланов из парогазовой смеси 1 с получением конденсата 1 и с отделением водорода; ректификационное разделение хлорсиланов из конденсата 1 и их очистку; переработку тетрахлорида кремния в трихлорсилан; водородное восстановление очищенного трихлорсилана в реакторах осаждения с получением поликристаллического кремния и парогазовой смеси 2, содержащей хлорсиланы, водород и хлористый водород; конденсацию хлорсиланов из парогазовой смеси 2 с получением конденсата 2 и с отделением водорода и хлористого водорода; ректификационное разделение хлорсиланов из конденсата 2 и их очистку; переработку кремнийсодержащих отходов с получением диоксида кремния и раствора хлорида натрия, при этом для получения хлора используют электролиз раствора хлорида натрия, полученного при переработке кремнийсодержащих отходов, с одновременным получением водорода, который направляют на получение хлористого водорода, и раствора гидроксида натрия, который направляют в систему переработки отходов; для получения хлористого водорода используют неосушенные хлор и водород из системы электролиза хлора и дополнительный водород из водородной станции, причем процесс синтеза хлористого водорода ведут с одновременной абсорбцией его водой и дальнейшим выделением газообразного хлористого водорода на колонне отгонки - стриппинга, с одновременным получением соляной кислоты, которую направляют в систему переработки отходов; прямой синтез трихлорсилана и переработку тетрахлорида кремния в трихлорсилан ведут совместно в реакторе, в который, кроме металлургического кремния с катализатором и хлористого водорода, подают водород, выделенный из парогазовой смеси 1, часть водорода, выделенного из парогазовой смеси 2, водород из водородной станции, очищенный после ректификационного разделения конденсата 1 тетрахлорид кремния и основную часть тетрахлорида кремния после ректификационного разделения конденсата 2; в процессе водородного восстановления кремния в реактор подают трихлорсилан, очищенный после ректификационного разделения хлорсиланов из конденсата 1, трихлорсилан, очищенный после ректификационного разделения хлорсиланов из конденсата 2, и оборотный водород из системы конденсации 2, при этом температурный градиент в пространстве от зоны охлаждения стенки реактора до нагревателей снижают до 250-300°С за счет введения композиционных тепловых экранов; дихлорсилан после ректификационного разделения конденсата 1 и ректификационного разделения конденсата 2 выводят в систему конверсии дихлорсилана в трихлорсилан, из которой трихлорсилан затем возвращают на ректификационное разделение хлорсиланов из конденсата 1 и их очистку.

Каталитическое или электрокаталитическое получение диоксида хлора // 2674688

Изобретение относится к электродному элементу, состоящему из цельного электрода, содержащего два отдельных каталитических компонента, размещенных в единственной отдельно стоящей детали, содержащему: подложку из вентильного металла; первый каталитический компонент, нанесенный на упомянутую подложку, причем упомянутый первый каталитический компонент пригоден для выделения кислорода из водного раствора при анодной поляризации; второй каталитический компонент, пригодный для образования диоксида хлора из раствора хлората в кислой среде; причем упомянутые первый и второй каталитические компоненты электрически изолированы друг от друга.

Способ электроокисления ионов церия (iii) // 2673809

Изобретение относится к способу электроокисления ионов церия (III), включающему обработку исходного раствора, содержащего ионы церия (III), в электролизере с установленными в нем анодом и катодом, разделенными пористой наноструктурированной керамической диафрагмой на анодную и катодную камеры, каждая из которых имеет ввод и вывод, при этом ввод и вывод каждой камеры снабжены циркуляционными контурами, подачу исходного раствора в анодную камеру электролизера, подачу вспомогательного электролита в катодную и проведение электролиза при поддержании необходимых температуры и давления.

Способ электрохимического окисления спиртов // 2671827

Настоящее изобретение относится к способу электрохимического окисления спиртов, включающему приготовление реакционной смеси, состоящей из окисляемого спирта, воды, органического растворителя, в качестве которого используется хлористый метилен, йодида калия, нитроксильного радикала ряда 2,2,6,6-тетраметилпиперидин с добавкой пиридина, после чего проводят электролиз при температуре 25-30о С и заканчивают его после пропускания 2 F электричества.

Способ согласованного комплексного использования хлорщелочного процесса и синтеза фишера-тропша и соответствующее оборудование // 2679909

Изобретение относится к синтезу Фишера-Тропша. Способ проведения синтеза Фишера-Тропша включает хлорщелочной процесс, при этом в целом способ включает: 1) газификацию исходного материала с целью получения сырого синтез-газа для синтеза Фишера-Тропша, содержащего Н2, СО и СО2; 2) электролиз насыщенного раствора NaCl с использованием промышленного хлорщелочного процесса с целью получения раствора NaOH, Cl2 и H2; 3) удаление СО2 из сырого синтез-газа с использованием раствора NaOH, полученного на стадии 2), с целью получения чистого синтез-газа или на стадии 3) СО2 сначала отделяют от сырого синтез-газа с получением чистого синтез-газа, а затем СО2 абсорбируют водным раствором NaOH, полученным на стадии 2); 4) вдувание Н2, полученного на стадии 2), в чистый синтез-газ с целью регулирования молярного отношения СО/Н2 в чистом синтез-газе так, чтобы оно удовлетворяло требованиям реакции синтеза Фишера-Тропша, и затем осуществляют производство соответствующих жидких углеводородов и парафиновых продуктов. Заявлены варианты устройств проведения синтеза Фишера-Тропша. Технический результат – снижение сложности и стоимости процесса конверсии водяного пара, используемого в процессе, уменьшение выбросов углекислого газа. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил., 6 пр.