Устройство питания ряда последовательно включенных электролизеров

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<»>779450 (6l ) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 10.05.78 (21) 2б14922/22-02 с присоединением заявки J%— (23 ) ll ри ори тет— (5 I ) M. Кл.

С 25 D 21/12

Гаоударетввнньй комитет

СССР.Опубликовано 15 11 80 Бюллетень № 42 по делам нвоаретеннй н отхрмтнй (53) УДК 621357..7(088.8) Дата опубликования описания 15.11.80 (72) Авторы изобретения

И. И. Пятницкий и А. К. Хегай

7 ц

88EPg$ (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ПИТАНИЯ РЯДА

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО ВКЛЮЧЕННЫХ

ЭЛЕКТРОЛИЗ ЕРОВ

Изобретение относится к области электролиза, а именно к устройствам для питания электролизеров, Известно устройство» содержащее источник

5 постоянного тока с регулируемым напряжением, подключенный к нагрузке постоянно, н источники переменного тока с регулируемыми напря-. жениями, подключенные к электролизерам чер63 трансформаторы с двумя одинаковыми BTO- 0 рнчными обмотками, один ее конец соединен с электролизерами через тиристор, катод кото- рого соединен с катодами электролизера, при этом катод и управляющий электрод каждого тиристора соединены с генератором импульсов с регулируемыми в заданных пределах частотой и длительностью импульсов, при отношении частоты источников переменного тока к частоте генераторов импульсов не менее пяти, в цепи каждой вторичной обмотки трансформатора 2в установлен химический источник тока, минусовой зажим которого обращен к катодам последнего злектролизера группы, а у каждого трансформатора начало одной вторичной обмотки и конец другой вторичной обмотки соединены с анодами тиристоров (1!.

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает уменьшения анодной поляризации, которая возрастает при увеличении средних плотностей тока в электролизерах, а это ограничивает увеличение производительности электролизеров и снижение удельного расхода электроэнергии, Цель изобретения — увеличение производительности электролизеров и снижение удельного расхода электроэнергии.

Цель достигается тем, что в каждом электролиэере ряда установлены. третий электрод, с которым соединен друтой конец вторичной обмотки трансформатора, дополнительный источник переменного тока с регулируемыми напряжениями, подключенными к электролизерам через трансформаторы с двумя одинаковыми вторичными обмотками, один конец вторичной обмотки трансформатора дополнительного источника соединен с электролизером через тиристор, катод которого соединен с третьим электродом, другой конец вторичной обмотки

3 77945 трансформатора соединен с анодами электролизера, при этом катод и управляющий электрод каждого тиристора соединен с генератором импульсов с регулируемыми в заданных пределах частотой и длительностью импульсов, при отношении частоты дополнительных источников переменного тока к частоте генераторов импульсов яе менее пятя, причем плюсовой зажим ,химического источника тока соединен с третьим электродом электролизера, а у каждого трансформатора дополнительного источника переменного тока начало одной вторичной обмотки и конец другой вторичной обмотки соединены с анодами тиристоров, катоды которых соединены с третьими электродами электролизеров, кроме того, установленный в каждом электролизере ряда третий электрод выполнен в виде металлической полосы, расположенной вертикально вдоль длинной стенки электролизера и состоящей из отдельных частей, имеющих между собой электрические контакты.

На фиг. 1 представлена схема устройства; иафиг,2 и фиг. 3 — графики изменения токов во времени на электролизерах и источниках питания, а также графики изменения напряжений между катодами и управляющими электродами тиристоров.

Источник 1 постоянного тока, например тиристорный преобразователь с регулируемым напряжением 1.1, питает ряд последовательно включенных электролизеров 2 постоянным током 1,.

Источники 3 переменного тока с регулируемы.ми напряжениями U3 и частотами не ниже 50 Гц подключены к злектролизерам 2 через трансформаторы 4 с двумя одинаковыми вторичными обмотками 5, Каждая обмотка 5 обслуживает один электролизер. Один ее конец соединен с электролизером через тиристор б, катод которого соединен с катодами 7 электролизера, В каждом электролизере ряда установлен третий элект-„ род 8, с которым соединен другой конец обмотки 5, В цепи каждой обмотки 5 установлен химический источник тока 9, минусовой зажим которого обращен к катодам 7, а плюсовой зажим к третьему электроду 8 электролизера.

Устройство. оснащено дополнительными источниками 10 переменного тока с регулируемыми напряжениями .Uz и частотами f не ниже 50 Гц, которые подключены к электролизерам ряда через трансформаторы 11 с двумя одинаковыми вторичными обмотками 12. Каждая обмотка 12 обслуживает одия электролизер. Один ее конец соединен с электролизером через тиристор 13, катод которого соединен с третьим электродом 8 электролизера. Другой конец обмотки 12 соеди55 йея с анодами 14 электролизера. Катод и управ ляющий электрод каждого тиристора б и 13 со единен с генератором импульсов с регулируемы ми в заданных пределах частотой fs и длитель0

4 постыл Т импульсами при отношении частот и

fz u f7 источников 3 и 10 к частоте генераторов импульсов f, не менее 5 (генераторы импульсов не показаны), У каждого трансформатора 4 и 11 начало одной обмотки 5 и 12 и конец другой обмотки 5 и 12 соединены с анодами тиристоров 6 и 13.

Установленный в каждом электролизере ряда третий электрод 8 выполнен в виде металлической полосы, расположенной вертикально вдоль длинной стенки электролизера и состоящей из отдельных частей, имеющих между собой электрические контакты (металлическая полоса на фигурах не показана). Источниками 9 могут быть аккумуляторы или баки с электродами, опущенные в электролит (например, свинцовыми электродами, опущенными в водный раствор серной кислоты).

Устройство работает следующим образом

Напряжения 0э rs Uz, возникающие яа обмотках 5 и 12 трансформаторов 4 и 11, создают импульсные точки 13 и I 7, импульсы которых накладываются встречно на постоянный ток 1, (см, фиг. 2 и фиг. 3). Тиристоры 6 и 13 открываются импульсныМи напряжениями U è U, вырабатываЕмыми генераторами импульсов и следующими с частотами f„„= 1/Т ц и fit=1/Т>о!

В результате сложения токов I> и 1э получается импульсный ток I с чередованием длинных с временем /T Т, / импульсов тока прямой полярности и коротких с временем Т„„ импульсов тока обратной полярности, следующих с частотой f: импульсный ток 1 „действует на катодах 7 электролизеров 2, при этом для кажцой пары электролизеров ток I „может иметь свои параметры, например среднее значение „, частоты f; и Х = 1/Тз pa «импульса Т„(см. фиг. 2). В результате сложения токов lj и 1 получается импульсный ток с чередованием длинных (с временем Т; — Т„„) импульсов тока прямой полярности и коротких (с временем Т ) импульсов тока обратной полярности, следующих с частотой f;>, импульсный ток 1 действует на анодах 14 электролизеров ряда, при этом для каждой пары электролиэеров ряда ток 1 с, может иметь свои параметры, например среднее значение I частоты f„. и f7 = 1/Т„время импульса Т„ (см, фиг. 3), Короткие импульсы токов 1 и I состоят из нескольких полуволн выпрям-ленийх токов Ia и.l;, что обеспечивается временами Ти, > 5/fa и Тис, > 5/f7, Отношения частот fz/f„„> 50 и f7/f, > 50 обеспечивают выполнение неравенств Т„ » 0,1 Т „и Т„„<

0,1 Т,, при которых может уменьшиться

Ьх удельный расход электроэнергии в электролизерах ряда, Минимальный удельный расход электроэнергии в электролизере соответствует при заданной средней плотности тока 1 ри отяошеВ

5

77945 ния Т„„jT „, минимальному среднему напряжению на электролиэере (действующему между его анодами l4 и катодами 7), которое зависит от частот 1;„и т;с, . Диапазон изменения этих частот выбирается таким, чтобы обеспечить определение минимальных значений среднего на-, пряжения на разноименных электродах электролизеров при возможных изменениях их состояний, а также температуры и состава электролита 8 электролизерах. Диапазон изменения час- 2о тоты 1;„связан с частотой f3 источника 3 с частотой не ниже 500 Гц, а частота 50 Гц источника 3 позволяет изменять частоту f в цределах 0,1 + 1,0 Гц и т.д, 1К, Аналогично., диапазон изменения частоты 1 1д

1е связан с частотой f7 источника 10 тока. Так, для изменения частоты 1; в пределах 1 — 10 Гц берется источник 10 с частотой не ниже 500 Гц, а частота 50 Гц источника 10 позволяет изменять частоты ft в пределах 0,1 — 1,0 Гц и т.д. щ

Регулирование напряжений Uз в каждом трансформаторе 4, обслуживающем два электролизера, позволяет установить тот или иной средний ток i „„зависящий от дендритообразования в этих двух электролизерах; так, при ухуд- p$ шепни состояния катодов 7 срецний ток I

И CP уменьшают путем увеличения среднего "тока 1

2<Р

Аналогично, регулирование напряжения 07

s каждом трансформаторе 11, обслуживающем два электролизера, позволяет установить тот или иной средний ток I, зависящий от вем,ср личины анодной поляризации в двух злектролизерах ряда; так, при росте анодного напряжения средний ток Iz> уменьшают путем увели- 3> чения среднего тока I, . Источники 9 не пропускают ток в обмотки 5 трансформаторов 4, когда открыты тиристоры 6, Величина напряжения источника 9 должна быть не меньше суммарного напряжения постоянного тока, действу- и ющего на разноименных электродах электролиэера; при этом она должна быть минимальной

t для уменьшения потерь, связанных с прохождением тока 1э через источник 9 (она должна сверху приближаться к упомянутому среднему напряжению). Синхронная подача напряжений

0„„и U на тиристоры 6 и 13 (аноды которых соединены с началом и концом двух обмоток 5 и 12 одного трансформатора 4 или одного трансформатора 13) обеспечивает миниЯ) мальную величину (в пределах равную нули) тока подмагничивания в обмотках данного трап.

:сформатора 4 или трансформатора 11, Раздельное регулирование средних токов

55 и 1 и частот f.„è f,. в каждой паре

2лектролйзеров (обслуживаемой одним транс-. форматором 4, одним трансформатором 11, двумя генераторами импульсных напряжений U и

6 и 13„ позволяет обеспечить оптимальный режим электролиза в данной паре электролпзеров и во всех электролизерах ряда„определяемый по сумме показателей; из которых главными являются минимальные дендритообразование на катодах и среднее напряжение на разноимен. ных электродах электролизеров при заданной высокой производительности ряда электролизеров. Ироизводительность электролизера определяется главным образом средним тохом „

Zê,åð, который. устанавливается,в зависимости от количества коротких замыканий в данном электролизере, если в электролизере есть короткиЕ замыкания между разноименными электродами 1

:(при правильном их расположении), то нужно изменить частоту 1;„тока Iz, не изменяя величины тока I; если это не помогает то

ХК

1 нужно уменьшить средний ток I„„путем увеличения среднего тока

3>СР

Кроме того, устройство йозволяет получать на третьих электродах 8 электролизеров ряда катодную медь (или другой металл) более Высокой частоты (с меньшим количеством примесей) по сравнению с катодной медью, получаемой на катодах 7 этих электролизеров. Это объясняется тем, что осадок меди на катодах 7 частично растворяется током 1э и переносится на третий электрод 8, при этом на катодах 7 преимущественно растворяются дендриты; частично осадок, меди на электродах 8 растворяется током I и переносится на аноды 14, но обы |но соотношение средних тОкОВ IЯ и 7 обеспечивает накопление осадка чистой меди на электродах 8, Изобретение позволяет увеличить производительность электролизерОВ и снизить расход энергии на единицу продукта.

Формула изобретения

Устройство питания ряда последовательно включенных электролизеров, содержащее источник постоянного тока с регулируемым напряжением, подключенный к нагрузке постоянно, и источ2шки переменного тока с регулируемыми напряжениями, подключенные к электролиэерам через трансформаторы с двумя одинаковыми вторичными обмотками, один конец каждой обмотки соединен с электролизером через тиристор, катод которого соединен с катодами электролизера, при этом катод и управляющий электрод каждого тиристора соединены с генератором импульсов с регулируемыми в заданных пределах частотой и длительностью импульсов, при отношении частоты источников переменного тока к частоте генераторов импульсов не менее пяти,.в цепи каждой вторичной обмотки трансформатора установлен химический источник

7 тока„минусовой зажим которого обращен к катодам электролизера, а у каждого трансформатора начало одной вторичной обмотки и конец другой вторичйой обмотки "соединены с анодами тиристоров, о т л и ч а ю щ е е с я, тем, что, с целью увеличения производительности электролизеров и сокращения удельного расхода электроэнергии, в каждом электролизере ряда установлены третий электрод, с кот рым соединен другой конец вторичной обмотк трансформатора, дополнительный источник пере мейного тока с регулируемым напряжением, :подключенным к электролизерам через трансф маторы с двумя одинаковыми вторичными обмотками, один конец вторичной обмотки трап форматора дополнительного источника соедине с электролизером через-тиристор; катод которого соединен с третьим электродом, друтой конец вторичной обмотки трансформатора со779450 едннен с анодами электролизера, при этом катод и управляющий электрод каждого тиристора соединен с генераторами импульсов с регулируемыми в заданных: пределах частотой и длительностью импульсов, при отношении частоты дополнительных источников переменного тока к частоте генераторов импульсов не менее пяти, причем плюсовой зажим химического ис0 - точника тока соединен третьим электродом и 1О электролизера, а у каждого трансформатора дополнительного источника переменного тока начало одной вторичной обмотки и конец другой ор вторичной обмотки соединены с анодами тиристоров, катоды которых соединены с третьими с i s электродами электролизеров. н Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР И 387040, кл. С 25 0 21/12, 1972.

779450

Составитель А. Абросимов

Техред М. Петко Корректор М. Пожо

Редактор М. Ткач

Филиал ППЛ "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 7971/39 Тираж 698 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4l5