Патент 1726562

Биполярный электрод

 

Изобретение относится к конструкциям электролизеров и позволяет снизить удельные энергозатраты. Биполярный электрод выполнен в виде пластины с отверстием в верхней части для отвода газов и отверстием для подвода воды в нижней части, причем в пластине выполнено дополнительное отверстие, снабженное диэлектрической трубкой.4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5ц5 С 25 В 1/04, 11/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сл

©с ,М

Л ! (21) 4798659/26 (22) 05.03.90 (46) 15.04.92. Бюл. N 14 (71) Кубанский государственный университет (72) А.А. Гамазов, А.А. Гама зов, Е,Ю.Гавриленко и В.С.Каплин (53) 661.357.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1495392, кл, С 25 В 9/00, 1986.

Изобретение относится к электролизерам и предназначено для получения разложением водных растворов щелочей кислорода и водорода, используемых в различных производствах в качестве технологических сред, а также для выполнения кварцедувных работ, резки, сварки и пайки металлов.

Известен биполярный электрод электролизеров фильтр-прессного типа для получения кислорода и водорода, выполненный в виде пластины с отверстием в верхней части для отвода газов и отверстием для подвода воды в нижней части.

Цель изобретения — снижение удельных энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что, биполярный электрод электролизеров фильтр-прессного типа для получения кислорода и водорода разложением водных растворов щелочей, включающий плоскую пластину с отверстием в верхней части для отвода газов и отверстием в нижней части для подвода воды, пластина имеетдополни-. тельное отверстие, дополнительное отвер,, Я2„„1726562 А1 (54) БИПОЛЯРНЫЙ ЭЛЕКТРОД (57) Изоб ретение относится к конструкциям электролизеров и позволяет снизить удельные энергозатраты. Биполярный электрод выполнен в виде пластины с отверстием в верхней части для отвода газов и отверстием для подвода воды в нижней части, причем в пластине выполнено дополнительное отверстие, снабженное диэлектрической трубкой. 4 ил, стие и отверстие для подвода воды снабжены диэлектрическими трубками.

За счет наличия двух отверстий, расположенных на разной высоте, происходит выравнивание состава электролита между ячейками конвекцией в результате разной плотности электролита разной концентрации. Это ведет к снижению потерь электроэнергии на нагрев электролита. Отрезки диэлектрических трубок в отверстиях ниже уровня электролита повышают сопротивление шунтирования Злектролизера, что дополнительно снижает удельные энергозатраты.

На фиг. 1 показан биполярный электрод электролизера фильтр-прессного типа; на фиг, 2 — сечение А-А на фиг, 1; на фиг. 3— биполярный электрод при использовании в электролизере для получения кислорода и водорода, разрез; на фиг. 4 — биполярный электрод при использовании в электролизере для получения гремучего газа, разрез.

Биполярный электрод (фиг. 1) содержит пластину 1 с отверстиями 2 для стягивающих деталей, отверстие 3 для отвода газов

6562

3 172 или отверстия 4 и 5 для отвода кислорода и водорода и отверстия с отрезками диэлектрических трубок 6 и 7. Положение рамки и уровня электролита показано пунктирными линиями.

Положение отрезка диэлектрической трубки 6 в отверстии пластины 1 показано на фиг. 2. Наклон трубок 6 и 7 определяется . их длиной и межэлектродным расстоянием, Пример 1 (по фиг. 3). Между пластинами 1 биполярных электродов установлены диэлектрические рамки 8 и 9, между которыми зажата перфорированная мембрана 10, Отверстия 4 и 5 пластин совпадают с продольными отверстиями рамок 8 и 9, которые образуют каналы для отвода кислорода и водорода. Один из каналов соединен с катодными, а другой — с анодными частями электролизных ячеек отверстиями 11 и 12.

Благодаря наличию перфораций в мембране 10 происходит конвективное перемешивание электролита в каждой ячейке, а отверстия с трубками 6 и 7 в пластинах 1 обеспечивают конвективное перемешивание электролита между ячейками. Это позволяет осуществлять подпитку водой только одной ячейки, что упрощает конструкцию. Стягивающие детали на фиг. 3 не показаны.

Пример 2 (по фиг. 4). Между пластинами 1 биполярных электродов зажаты рамки 13. Электролизные ячейки соединены одна с другой отверстиями 3 для прохода гремучего газа и отверстиями с диэлектрическими трубками 6 и 7, что обеспечивает выравнивание состава электролита между ячейками, позволяет осуществлять подпитку водой только одной из ячеек и увеличивает сопротивление шунтирования. Стягивающие детали на фиг. 4 не показаны.

Относительную эффективность исполь-. зования предлагаемых биполярных электродов можно оценить по результатам проведенных экспериментов. Электролизер содержал М = 100 ячеек с внутренним диаметром рамки 120 мм (позиция 13 на фиг. 4) и междуэлектродным расстоянием 3 мм. Толщина пластин 1 составляет 0,7 мм.

Концентрация электролита на основе КОН

25, его количество 3 л. Отверстие в электродах для подачи воды в сравнении с известным электродом, уменьшено до 5,5 мм.

Формула изобретения

Биполярный электрод электролизеров фильтр-прессного типа для получения кислорода и водорода, выполненный в виде

45 пластины с отверстием в верхней части для отвода газов и отверстием для подвода воды в нижней части, отличающийся тем, что, с целью снижения удельных затрат электроэнергии, в пластине выполнено до50 полнительное отверстие, дополнительное отверстие и отверстие для подвода воды снабжены диэлектрическими трубками.

Камеру для заправки электролитов и долива воды и штуцер для отвода гремучего газа располагали в средней части электролизера. После работы электролизера в течение

5 1,5 ч при токе!= 10 А и напряжении 4 = 175

В осуществляли долив 0,5 л. При этом же токе напряжение на электролизере возросло до U = 180 В. ЭДС поляризации, определенная по вольтамперной характеристике, 10 составила Un - 165 В. Тепловые потери на сопротивлении электролита Рэ = (U Un) l

=(180- 165) 10 = 150 Вт, а при однородном электролите были Р,p = (Up - Up) - (175165) 10 = 100 Вт. Потери на шунтирующем

15 сопротивлении Рш = 300 Ом составили Рщ =

=(О - 0о N) Я = (180 - 165: 100): 300 =

106 Вт, а были Рш.о=(0о-0п . N): Кш =(1752, - 165: 100) : 300- 100 Вт. Замена периодической подпитки водой на непрерывную

20 введением поплавкового регулятора уровня электролита снизила потери Р> до 125 Вт и

Рш до 103 Вт.

Использование биполярных электродов с дополнительным отверстием диаметром

25 5,5 мм полностью исключило неоднородности электролита, но увеличило потери Рщ до

200 Вт. S связи с этим в отверстия были введены диэлектрические трубки 6 и 7 сечением 0,05 см и длиной 4 см. Это позволило

30 увеличить сопротивление шунтирования йщ до 7600 Ом и снизить Рш до 4 Вт. Напряжение на электролизере осталось 175 В при токе 10 А.

Наличие дополнительного отверстия

35 выравнивает состав электролита и снижает тепловые потери на электролите на 15-17 („ а введение диэлектрических трубок снижает тепловые потери шунтирования в десятки раз.

55

1726562 фиг.

Составитель О.3обнин

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор О.Кравцова

Редактор А.Огар

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 1251 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5