Электролизер для получения горючей смеси из воды, преимущественно для сварки, пайки, резки и термообработки материалов

Электролизер для получения горючей смеси из воды, преимущественно для сварки, пайки, резки и термообработки материалов

Реферат

 

Сущность: электролизер имеет два корпуса, расположенные осепараллельно один внутри другого, и установлен с уклоном. Штуцер для отвода газа находится в верхней точке электролизера. Внутренний корпус выполнен из электроизоляционного материала и имеет отверстия для газа и электролита. Внешний герметичный корпус выполнен из металла и имеет крышку из прозрачного материала. Электроды электролизера выполнены с центральным отверстием, а разделяющие их дистанционные элементы - в виде втулок, собраны в общий пакет и помещены во внутренний корпус. Внутренний корпус закреплен в нижней части крышки внешнего корпуса. На внешний корпус плотно надет змеевиковый холодильник. Изобретение позволяет повысить эффективность и надежность аппарата, снизить его весогабаритные характеристики, увеличить время его непрерывной работы и общий ресурс работы. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

Предлагаемый аппарат для сварки, пайки, резки и термообработки материалов может использоваться при ремонте автотехники, сантехнического оборудования, в промышленности, а также во всех случаях, когда требуется пламя горелки с высокой температурой.

Известен аппарат для сварки и резки металлов (см. Глизманенко. Газовая сварка и резка. М. Высшая школа, 1969, с. 22-25). Аппарат содержит баллоны с редукторами для ацетилена и кислорода, шланги и газовую горелку со смесителем.

Известное устройство имеет следующие недостатки: сложность транспортировки газовых баллонов и необходимость наличия специального помещения для хранения баллонов; необходимость ручной регулировки для создания смеси газов в определенных соотношениях.

Ближайшим аналогом предполагаемого изобретения является аппарат для сварки, пайки, резки металлов (см. Моделист-конструктор, 1980, N 7, с. 44). Аппарат состоит из выпрямителя, включенного в сеть переменного тока, электролизера, водяного затвора с обратным клапаном и газовой горелки. Электролизер состоит из электродов с отверстиями для газа и электролита, отделенных друг от друга уплотнительными прокладками, являющимися одновременно дистанционными элементами между электродами, стяжных фланцев и шпилек с гайками.

Гидрозатвор выполнен в виде цилиндра с водой, в которую опущена барботажная трубка с обратным клапаном. Газовая горелка выполнена в виде трубки с огнегасящей набивкой, со штуцером для подвода газовой смеси и полой иглой для ее выхода.

Известный аппарат имеет недостатки: сложность уплотнения электролизера из-за большого количества ячеек и, соответственно, прокладок; отсутствие фиксации электродов по отношению друг к другу, особенно в центре, что может привести к замыканию электродов при затяжке электролизера; неэффективный отвод тепла из электролизера, что резко ограничивает время непрерывной работы аппарата (приблизительно до 1 часа).

Предлагаемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков и создание аппарата для сварки, пайки, резки и термообработки материалов, имеющего более высокие эффективность и надежность, уменьшенные весогабаритные характеристики, более высокий ресурс работы и практически неограниченное время непрерывной работы (в пределах ресурса).

Указанный технический результат достигается за счет радикального упрощения конструкции уплотнения электролизера, повышения эффективности массообменных процессов и улучшения процесса отвода тепла из зоны электролиза.

Сущность изобретения заключается в следующем. В аппарате для сварки, пайки, резки и термообработки материалов, содержащем источник переменного тока, выпрямитель, электролизер, включающий электроды с отверстиями для газов и электролита, отделенные друг от друга дистанционными токонепроводящими элементами, штуцеры для подвода электролита и отвода газовой смеси, гидрозатвор с обратным клапаном и газовую горелку, электролизер имеет два корпуса цилиндрической или другой формы, расположенные один внутри другого, центральные оси которых параллельны между собой и несколько наклонены (например, на 10^o) по отношению к горизонтали таким образом, что штуцеры для отвода газовой смеси из внутреннего корпуса находятся выше остальных элементов электролизера, при этом внутренний негерметичный корпус выполнен из электроизоляционного материала и имеет отверстия снизу для электролита и сверху для газовой смеси, а внешний корпус (герметичный) выполнен из металла и имеет крышку из прозрачного электроизоляционного материала для контроля за уровнем электролита, причем размер внешнего корпуса значительно превышает размер внутреннего корпуса, пакет электродов и дистанционных элементов, собранный и стянутый с помощью электроизоляционной шпильки, заключен во внутренний корпус, имеющий размер, равный размеру диаметра пакета электродов, и закреплен вместе с этим корпусом в нижней части крышки внешнего корпуса с помощью электроконтакта концевого электрода и резьбового соединения (или клея) на внутреннем корпусе и крышке внешнего корпуса, при этом между внешним и внутренним корпусами во всех местах имеется гарантированный зазор для прохода электролита, с другой стороны внутренний корпус снабжен крышкой из электроизоляционного материала со штуцером в центре, через который выведен электроконтакт второго концевого монополярного электрода в верхнюю (газовую) часть внешнего корпуса и защищен шлангом, надетым на штуцер крышки, от прямого контакта с электролитом, заполняющим нижнюю часть внешнего корпуса несколько выше штуцера для отвода газовой смеси из внутреннего корпуса; электроды электролизера выполнены в виде дисков или пластин с центральным отверстием, а дистанционные элементы выполнены в виде втулок, электроды и втулки надеты центральным отверстием на стержень из электроизоляционного материала и сжаты в пакет с помощью двух винтов (болтов), ввернутых в оба торца стержня и являющихся одновременно электроконтактами концевых монополярных электродов, при этом электроконтакты на другом конце имеют резьбу и выступающий цилиндрический поясок, с помощью которого и других элементов уплотнения они выведены наружу через отверстия в крышке внешнего корпуса; электроды вместе с втулками собраны и стянуты в пакет таким образом, что отверстия для газа и электролита в соседних электродах несколько смещены относительно друг друга; кроме того, на внешний корпус электролизера плотно надет и припаян (приварен) змеевиковый холодильник.

Существенные отличия предполагаемого изобретения Электролизер имеет два корпуса цилиндрической или другой формы, расположенные один внутри другого, центральные оси которых параллельны между собой и несколько наклонены (приблизительно на 10^o) к горизонтали таким образом, что штуцер для отвода газовой смеси из внутреннего корпуса находится выше остальных элементов электролизера, при этом внутренний негерметичный корпус выполнен из электроизоляционного материала и имеет отверстия для электролита и газа, а внешний герметичный корпус выполнен из металла и имеет крышку из прозрачного электроизоляционного материала для контроля за уровнем электролита, причем размер внешнего корпуса значительно превышает размер внутреннего корпуса; электроды электролизера выполнены в виде дисков или пластин с центральным отверстием, а дистанционные элементы выполнены в виде втулок, электроды и втулки надеты центральным отверстием на стержень из электроизоляционного материла и сжаты в пакет с помощью двух болтов, ввернутых в оба торца стержня и являющихся одновременно электроконтактами концевых электродов, при этом электроконтакты на другом конце имеют резьбу и выступающий цилиндрический поясок, с помощью которого и узла уплотнения они выведены наружу через отверстия в крышке внешнего корпуса, причем электроды в пакете установлены таким образом, что отверстия для газа и электролита в соседних электродах несколько смещены относительно друг друга, пакет электродов и втулок помещен во внутренний корпус, имеющий размер, равный диаметру электродов, и закреплен вместе с этим корпусом в нижней части крышки внешнего корпуса с помощью электроконтакта концевого электрода и резьбового соединения (или клея) между внутренним корпусом и крышкой внешнего корпуса, при этом между внешним и внутренним корпусами во всех местах имеется зазор для прохода электролита; с другой стороны внутренний корпус закрыт крышкой из электроизоляционного материала со штуцером в центре, через который выведен электроконтакт второго концевого электрода в верхнюю (газовую) часть внешнего корпуса и защищен шлангом, надетым на штуцер крышки, от прямого контакта с электролитом, заполняющим нижнюю часть внешнего корпуса выше штуцера для отвода газовой смеси из внутреннего корпуса; кроме того, на внешний корпус электролизера плотно надет и припаян (приварен) змеевиковый холодильник для подачи хладагента.

Предлагаемые существенные отличия аппарата для сварки, пайки, резки и термообработки материалов позволяют достичь следующего технического результата.

1. Выполнение электролизера с внутренним (электроизоляционным) и внешним (герметичным) корпусами радикально упрощает конструкцию уплотнения электролизера, а именно обеспечивает общую герметичность аппарата только с помощью корпуса (внешнего), крышки и одной уплотнительной прокладки. Выполнение внешнего корпуса значительно большим по диаметру внутреннего с обеспечением гарантированного зазора между ними и некоторое наклонение параллельных осей обоих корпусов к горизонтали таким образом, что штуцер для отвода газовой смеси из внутреннего корпуса находится выше остальных элементов электролизера, заметно улучшают тепломассообменные характеристики аппарата в части отвода газов из внутреннего корпуса, перемешивания электролита и отвода тепла из зоны электролиза через электролит к внешнему корпусу.

2. Выполнение электродов в виде дисков или пластин с центральным отверстием, а дистанционных элементов в виде втулок, их сборка с помощью центрального отверстия на электроизоляционном стержне и помещение полученного пакета во внутренний электроизоляционный корпус, равный диаметру электродов, позволяют избежать перетечек электротока между несоседними электродами и через внешний корпус.

3. Выполнение на внешнем корпусе змеевикового холодильника позволяет надежно обеспечить теплосъем с аппарата и увеличить значительно время его непрерывной работы.

4. Все вышеперечисленные технические решения позволяют в сумме повысить эффективность и надежность аппарата, заметно снизить его весогабаритные характеристики, увеличить ресурс работы и время непрерывного функционирования.

На фиг. 1 и 2 схематично изображен аппарат для сварки, пайки, резки и термообработки материалов, состоящий из электролизера, гидрозатвора с обратным клапаном и газовой горелки, а на фиг. 3 вариант выполнения электролизера с внутренним корпусом в виде гибкого (мягкого) мешка из электроизоляционного материала, например фторопласта или резины.

Электролизер (см. фиг. 1) включает в себя внешний металлический корпус 1 со штуцерами 2 и 3 для электролита и газовой смеси, соответственно, крышку из прозрачного электроизоляционного материала 4, прокладку 5, предназначенную для уплотнения внешнего корпуса с крышкой, электроконтакт в газовой смеси внешнего корпуса 6 и элементы уплотнения этого электроконтакта при выводе его наружу, гайку 7, шайбу 8 и прокладку 9, концевой монополярный электрод 10, прокладку 11, шайбу 12 и гайку 13, предназначенные для уплотнения и вывода наружу электроконтакта 14, расположенного в нижней части внешнего корпуса, болты 15, шайбы 16 и гайки 17, предназначенные для стяжки внешнего корпуса с крышкой, внутренний электроизоляционный корпус 18 с отверстиями 19 и 20 для отвода газовой смеси и подвода электролита, соответственно, биполярные электроды 21, дистанционные электроизоляционные втулки 22, концевой монополярный электрод 23, крышку со штуцером 24, винты 25, предназначенные для крепления этой крышки к корпусу 18, шланг 26 для электроизоляции контакта 6, винт 27, электрически контактируемый с электродом 23 и сваренный с электроконтактом 6, стержень из электроизоляционного материала 28, змеевиковый холодильник 29 (см. фиг. 2).

Гидрозатвор состоит из емкости 30 с негорючей жидкостью и обратного клапана 31, расположенного внизу барботажной трубки. Горелка с огнегасящей набивкой 32 служит для организации пламени.

На фиг. 3 представлен схематично вариант электролизера с внутренним корпусом, выполненным в виде гибкого (мягкого) мешка из электроизоляционного материала. Электролизер для такого варианта состоит из концевого монополярного электрода 1, биполярных электродов 2, дистанционных втулок 3, второго концевого электрода 4, электроизоляционного стержня 5, винтов 6 и 7, служащих для затяжки пакета электродов и втулок и являющихся одновременно электроконтактами концевых электродов, гибкого (мягкого) электроизоляционного мешка 8, нити 9, предназначенной для более плотного прижатия мешка 8 к торцам электродов путем тугой ее намотки на пакет электродов с надетым мешком, крышки со штуцером 10 и отверстиями для электролита 11 и газа 12, шланга 13, надетого на штуцер крышки 10, крышки внешнего корпуса 14, к которой крепится с помощью шайбы 15, гайки 16, прокладки 17 и винта 7 пакет электродов с мешком 8 и крышкой 10.

Работает предлагаемый аппарат следующим образом.

Исходное состояние аппарата: электролизер заправлен электролитом (30%-ным водным раствором КОН) до верхнего отверстия 19 (см. фиг. 1); штуцер 2 корпуса 1 заглушен; гидрозатвор на 1/2 заполнен водой.

Включить подачу хладагента на холодильник 29 (см. фиг. 2).

Подать электропитание (постоянный ток) на электроконтакты 6 и 14 в соответствии с принятой полярностью концевых электродов.

Сразу же начинается процесс разложения воды на кислород и водород и подача полученной смеси через гидрозатвор 30 на газовую горелку 32.

Зажечь факел на выходе газовой смеси из горелки и приступить к выполнению запланированных работ.

Внедрение предполагаемого изобретения в народное хозяйство позволит по сравнению с прототипом повысить эффективность и надежность работы аппарата, заметно снизить весогабаритные характеристики аппарата, а также увеличить его ресурс и время непрерывной эксплуатации.

Формула изобретения

1. Электролизер для получения горючей смеси из воды, преимущественно для сварки, пайки, резки и термообработки материалов, содержащий внешний металлический герметичный корпус с патрубком подвода электролита и патрубком отвода газа из верхней его части, пакет дистанционно отделенных друг от друга биполярных электродов с концевыми монополярными электродами, заключенный во внутренний корпус из электроизоляционного материала, установленный осепараллельно в нижней части внешнего корпуса и сообщенный с ним по электролиту, а в верхней части по газу, отличающийся тем, что он снабжен спиральным холодильником, жестко закрепленным вокруг внешнего корпуса, электроды выполнены с центральным отверстием и установлены на стержне из электроизоляционного материала, внутренний корпус выполнен с одного торца с крышкой, а с другого закреплен на крышке внешнего корпуса, пакет электродов закреплен посредством стяжных элементов, соединенных с концевыми электродами и с источником тока через крышки внешнего и внутреннего корпусов, при этом внешний корпус установлен с уклоном к горизонтали, например, 10^o, таким образом, что штуцеры для отвода газа из корпусов электролизера находятся в их верхних точках.

2. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что внутренний корпус выполнен в виде эластичного мешка, уклепленного на пакете электродов нитью.

3. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что крышка внешнего корпуса выполнена прозрачной.

4. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что крышка внешнего корпуса выполнена непрозрачной с водомерным стеклом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3