Устройство для получения водорода и кислорода

Устройство для получения водорода и кислорода

Реферат

 

Устройство для получения водорода и кислорода относится к электрохимической технологии. Устройство включает электролизер, сообщенные между собой водородный и кислородный газожидкостные сепараторы, питающий и газожидкостные трубопроводы, снабженные оребренными металлическими вставками, трубопроводы вывода водорода и кислорода, средства поддержания давления газов, источник тока, датчик давления, установленный на трубопроводе вывода водорода и электрически связанный с источником тока. Устройство может быть снабжено циркуляционным насосом, установленным на питающем трубопроводе, датчиком уровня, установленным на водородном газожидкостном сепараторе, и электромагнитным клапаном - на трубопроводе, сообщающем газожидкостные сепараторы, электрически связанным с датчиком уровня, что позволяет снизить энергозатраты, увеличить надежность и ресурс работы устройства. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электрохимической технологии в частности к устройствам для получения водорода и кислорода электролизом воды, и может быть использовано в химической, электронной медицине и других областях промышленности, а также для получения водородно-кислородных смесей для газопламенной обработки материалов.

Известно устройство для получения водорода и кислорода в установке, включающей электролизер, сообщенные с электролизером водородный и кислородный газожидкостные сепараторы, средства для поддержания давления водорода и кислорода, питающую емкость, сообщенную с электролизером жидкостными линиями, источник питания и линии вывода водорода и кислорода из устройства.

Недостатком этого устройства является высокая температура процесса, а следовательно, повышенное энергопотребление и тепловыделение, связанные с тем, что при включенном источнике питания через электролизер протекает максимально возможный (заданный) ток независимо от количества газа, отбираемого от устройства потребителем. При этом в устройстве предусмотрено отключение электролизера от источника питания при превышении рабочего давления водорода.

Кроме того, чередование резких выключений и включений тока (от нулевого значения до максимального броски тока), а также связанные с этим резкие колебания давления водорода (броски давления) отрицательно сказываются на работе электролизера, увеличивая поляризацию электродов, что приводит к росту рабочей температуры и быстрому износу уплотнительных элементов.

Повышенная рабочая температура снижает ресурс работы газогенерирующих элементов электролизера, затрудняет подпитку за счет образования газовых пробок в питающих линиях, снижает эффективность работы средств осушки, повышая вероятность проскока капельной влаги в газоотводящие линии устройства.

Целью изобретения является снижение температуры процесса, что позволяет уменьшить энергопотребление и повысить надежность и ресурс работы устройства.

Для этого устройство для получения водорода и кислорода электролизом воды, включающем электролизер, водородный и кислородный газожидкостные сепараторы, соединенные между собой и с электролизером трубопроводами и снабженные трубопроводами вывода соответственно водорода и кислорода с размещенными на них средствами поддержания давления, трубопровод питания электролизера и источник тока, снабжено датчиком давления, установленным на трубопроводе вывода водорода и соединенным с источником тока.

Устройство может быть снабжено оребренными металлическими вставками, установленными на трубопроводе питания электролизера и трубопроводах, соединяющих электролизер с сепараторами.

Устройство может быть снабжено циркуляционным насосом, установленным на трубопроводе питания электролизера.

Электроды в электролизере могут быть выполнены выступающими за пределы уплотнительных элементов в нем.

Устройство может быть снабжено датчиком уровня, установленным на водородном газожидкостном сепараторе, и электромагнитным клапаном, установленным на трубопроводе, соединяющем сепараторы между собой, и электрически связанным с датчиком уровня.

Сущность изобретения заключается в том, что установка на трубопроводе вывода водорода датчика давления, электрически связанного с источником тока, обеспечивает плавное управление током, протекающим через электролизер, который в этом случае всегда точно соответствует отбираемому потребителем количеству газа, что обеспечивает минимально необходимое энергопотребление в устройстве. Отсутствие при этом резких включений и выключений повышает надежность работы устройства. Это особенно важно при использовании устройства в качестве сварочного аппарата, когда потребность в газах напрямую связана с толщиной и конфигурацией свариваемых изделий и может изменяться в широких пределах (в 100 и более раз).

Снабжение трубопароводов оребренными металлическими вставками, а также выполнение электродов выступающими за габариты электролизера в частности за габариты уплотнительных элементов, увеличивает отвод тепла из горячей зоны в окружающую среду и обеспечивает снижение температуры в устройстве в целом, при этом понижается температура питающей воды, предотвращается образование пузырей в питающих трубопроводах и улучшается процесс подпитки электролизера водой. Установка на питающем трубопроводе циркуляционного насоса за счет увеличения интенсивности отвода тепла в окружающую среду служит дополнительным средством снижения рабочей температуры в устройстве.

Периодический переток воды из водородного газожидкостного сепаратора в кислородный через электромагнитный клапан, установленный на трубопроводе, сообщающем указанные сепараторы, и срабатывающий по сигналам датчиков уровней в водородном сепараторе, также способствует снижению рабочей температуры процесса, поскольку вода с более высокой температурой (за счет большей поляризации анодов) в анодном контуре будет периодически разбавляться водой с менее высокой температурой из водородного сепаратора.

На чертеже схематически представлено предлагаемое устройство.

Устройство включает фильтропрессный электролизер 1, кислородный 2 и водородный 3 газожидкостные сепараторы, трубопровод 4 питания электролизера, трубопроводы 5 и 6 газожидкостные, трубопроводы 7 и 8 вывода кислорода и водорода соответственно, датчик 9 давления, средство (клапан) 10 для поддержания давления кислорода, трубопровод 11 для сообщения между собой гизожидкостных сепараторов, источник 11 тока, датчик 13 уровня, электромагнитный клапан 14 и регулировочные вентили 15 и 16 вывода водорода и вывода кислорода соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Вода поступает в электролизер 1 из кислородного газожидкостного сепаратора 2 по трубопроводу 4 питания электролизера с установленным на нем циркуляционным насосом (не показан). Под действием постоянного тока, приложенного к электролизеру 1 от источника 12 тока, вода подвергается разложению с получением кислорода и водорода, отводимых из электролизера по трубопроводам 5 и 6 соответственно в кислородный 2 и водородный 3 газожидкостные сепараторы. По трубопроводу 8 вывода водорода из сепаратора 3 водород, пройдя датчик 9 давления, связанный электрически с источником 12 тока, через регулировочный вентиль 15 направляются потребителю.

Кислород из газожидкостного сепаратора 2 по трубопроводу 7 вывода кислорода через регулировочный вентиль 16 направляется потребителю.

Если в процессе электролиза уровень воды в водородном сепараторе 3 возрастает выше допустимого предела, то по сигналу датчика 13 уровня открывается электромагнитный клапан 14 и по трубопроводу 11 избыток воды возвращается в кислородный сепаратор 2. При этом закрытие клапана 14 заключается либо по сигналу датчика уровня в сепаратор 3, либо по сигналу датчика уровня в сепараторе 2.

Если в процессе электролиза воды уровень воды в сепараторе 2 падает ниже допустимого предела, то по сигналу датчика 13 уровня установка отключается.

Подача водорода потребителю осуществляется через регулировочный вентиль 15. Закрытие вентиля 15 приводит к увеличению давления водорода между вентилем 15 и датчиком 9 давления, при этом по сигналу датчика 9 давления ток источника 12 тока будет плавно уменьшаться пропорционально увеличению давления, соответственно уменьшится подача водорода потребителю. Уменьшение величины тока электролиза влечет за собой уменьшение напряжения на электролизере 1. Таким образом, тепловыделение, а значит и рабочая температура электролизера снизятся, естественно снизится и его энергопотребление.

Открытие вентиля 15 приведет к обратному результату: понижению давления водорода между вентилем 15 и датчиком 9 давления, по сигналу которого ток источника 12 тока увеличится пропорционально уменьшению давления, и соответственно увеличится подача газа потребителю.

Закрытие вентиля 16 приведет к росту давления кислорода в сепараторе 2. При превышении допустимой величины давления кислорода сработает предохранительный клапан 10, часть кислорода будет сброшена в атмосферу, давление в сепараторе понизится до допустимой величины. Таким образом, в сепараторе 2 путем открытия-закрытия клапана 10 будет поддерживаться практически постоянная величина давления кислорода независимо от степени открытия вентиля 16.

Циркуляционный насос, установленный на трубопроводе 4 питания, повышает надежность работы устройства, обеспечивая бесперебойную подачу питающей воды в электролизер 1 из газожидкостного сепаратора 2. Выполнение электродов в электролизере с внешними размерами, большими размеров уплотнительных элементов, т. е. выступающими за пределы электролизера, обеспечивает выравнивание температуры процесса по электролизеру и равномерный отвод тепла от его поверхности, что повышает надежность и ресурс работы электролизера и устройства в целом.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известным позволяет вести процесс электролиза при более низкой температуре, поскольку количество тепла, выделяемое в процессе электролиза (пропорциональное количеству пропущенного электричества) будет меньше при малых расходах газа. В среднем эффективность устройства по тепловым характеристикам улучшается не менее чем на 30-40% Снижение температуры процесса снижает энергозатраты и увеличивает надежность и ресурс работы устройства.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА И КИСЛОРОДА электролизом воды, включающее электролизер, водородный и кислородный газожидкостные сепараторы, соединенные между собой и с электролизером трубопроводами и снабженные трубопроводами вывода соответственно водорода и кислорода с размещенными на них средствами поддержания давления, трубопровод питания электролизера и источник тока, отличающееся тем, что устройство снабжено датчиком давления, установленным на трубопроводе вывода водорода и соединенным с источником тока.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено оребренными металлическими вставками, установленными на трубопроводе питания электролизера и трубопроводах, соединяющих электролизер с газожидкостными сепараторами.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что электроды выполнены выступающими за пределы электролизера.

4. Устройство по пп. 1 3, отличающееся тем, что оно снабжено циркуляционным насосом, установленным на трубопроводе питания электролизера.

5. Устройство по пп. 1 4, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком уровня, установленным на водородном газожидкостном сепараторе, и электромагнитным клапаном, установленным на трубопроводе, соединяющем газожидкостные сепараторы между собой, и электрически связанным с датчиком уровня.

РИСУНКИ

Рисунок 1