Устройство для электрического шунтирования и способ электрического шунтирования

Устройство для электрического шунтирования и способ электрического шунтирования

Реферат

 

Электрическое устройство (средство) перемычковой коммутации для электрического шунтирования по крайней мере одного электролизера, состоящего из индивидуальных электролитических ванн из множества монополярных электролизеров, подключенных последовательно к одному источнику питания, указанное здесь как устройство перемычковой коммутации, включает в себя набор отводных соединителей для соединения с контактом анода каждой индивидуальной ванны электролизера, находящегося непосредственно перед шунтируемым электролизером, и набор отводных соединителей для соединения с контактом катода каждой индивидуальной ванны электролизера, находящегося непосредственно после шунтируемого электролизера. Указанное устройство перемычковой коммутации включает в себя резисторное устройство для обеспечения равномерного сокращения электрического потока в индивидуальных ваннах шунтируемого электролизера без применения значения электрического тока в смежных ванных электролизера, находящегося непосредственно перед и после шунтируемого электролизера, и метод изъятия электролизера из серии электролизеров. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

Электролизеры, такие как мембранные электролизеры хлорно-щелочного пресс-фильтр типа для электролиза поваренной соли, восприимчивы к вредным воздействиям на электролитически активное покрытие поверхности катода шунтируемого электролизера, которые вызваны обратным электрическим потоком, вредное воздействие имеет место также при возникновении избыточного тока, проходящего через индивидуальные ванны электролизеров, смежных с шунтируемым электролизером, как следствие изменения значения электрического потока в ваннах, наиболее близких к соединению с шунтирующим коммутатором.

Известно устройство короткого замыкания, которое позволяет осуществить частичный или полный обвод электрического тока вокруг электролизера. Известное изобретение предлагает метод перенаправления тока вокруг шунтируемого электролизера без создания обратного электрического потока к шунтируемому электролизеру. Однако оно не предлагает устройства для обеспечения равномерного электрического потока от набора ванн электролизера, находящегося перед примыкающим электролизером, к набору ванн электролизера, находящегося после примыкающего электролизера.

Целью настоящего изобретения является разработка устройства для изъятия электролизера из множества электролизеров, подключенных последовательно к источнику электроэнергии, особенно монополярных электролитических электролизеров для электролиза в жидких средах, устройства, способного предотвратить изменение значения тока, протекающего через индивидуальные ванны электролизеров, смежных с шунтируемым электролизером, и предотвратить разрушение электролизеров путем избежания обратного электрического потока.

Следующей целью изобретения является улучшение способа шунтирования электролизера из множества электролизеров путем использования устройства перемычковой коммутации данного изобретения.

Эти и другие цели и преимущества данного изобретения станут очевидными из последующего детального описания.

Новое электрическое устройство (средство) перемычковой коммутации данного изобретения для электрического шунтирования по крайней мере одного электролизера, состоящего из индивидуальных электролитических ванн, из множества монополярных электролизеров, подключенных последовательно к одному источнику питания, указанное здесь как устройство перемычковой коммутации, включает в себя набор отводных соединителей для соединения с контактом анода каждой индивидуальной ванны электролизера, находящегося непосредственно перед шунтируемым электролизером, и набор отводных соединителей для соединения с контактом катода каждой индивидуальной ванны электролизера, находящегося непосредственно после шунтируемого электролизера. Указанное устройство перемычковой коммутации включает в себя резисторное устройство для обеспечения равномерного сокращения электрического потока в индивидуальных ваннах шунтируемого электролизера без изменения значения электрического тока в смежных ваннах электролизера, находящегося непосредственно перед и после шунтируемого электролизера.

На фиг. 1 и 2 изображены обычные коммутаторы короткого замыкания известного уровня техники и электрический поток в них; на фиг. 3 5 - схематические изображения варианта реализации данного изобретения, состоящего из устройства перемычковой коммутации, расположенного над электролизерами, на видах сверху, спереди (сечение Х Х) и сбоку соответственно; на фиг. 6 - наглядное изображение варианта реализации рис. 3 5; на фиг. 7 наглядное изображение второго варианта реализации данного изобретения, где устройство перемычковой коммутации расположено под электролизерами; на фиг. 8 10 три возможных варианта внутренней электрической схемы устройства перемычковой коммутации данного изобретения, составленных таким образом, чтобы избежать изменения значения тока в смежных ваннах электролизеров, находящихся непосредственно перед и после шунтируемого электролизера.

На фиг. 1 и 2 обычный коммутатор короткого замыкания предназначен для шунтирования электролизера 2 путем соединения коммутатора короткого замыкания с металлическими шинами 6 и 7. На фиг. 2 изображен электрический поток в электролизерах 1 и 3, находящихся непосредственно перед и после электролизера 2, после замыкания коммутатора. Пунктирные линии тока (i) показывают нарастание электрического потока электролизеров 1 и 3, наиболее близких к контактам коммутатора, как следствие более короткого пути тока в металлических шинах 5 и 7.

На фиг. 3 5 схематически изображены виды сверху, спереди (сечение Х - Х) и сбоку серии монополярных электролизеров 1 3, каждый из которых содержит совокупность вплотную расположенных электролитических ванн 4 и 5, и устройство перемычковой коммутации, расположенное сверху, направленное на шунтирование электролизера 2. Устройство перемычковой коммутации 8 установлено на опоры 9 и 10, установленные на электролизах 1 и 3, и соединено с контактами анода 11 каждой монополярной ванны 4, непосредственно предшествующего электролизера 1, с помощью набора отводных соединителей 12. Устройство перемычковой коммутации, кроме того, соединено с контактами катода 14 каждой монополярной ванны 5, непосредственно следующего электролизера 3, с помощью набора отводных соединителей 13. Для того, чтобы получить низко резистивные соединения между каждой парой отводных соединителей и контактами анода или катода, указанные отводные соединители, которые могут быть как жесткими, так и гибкими, могут быть оборудованы на концах зажимами, установленными на пружины. Последние (зажимы) под воздействием собственного веса устройства перемычковой коммутации 8 "защипляют" контакты анода или катода, имеющие продолговатую форму. Устройство перемычковой коммутации 8 также соединено с передвижным краном, что позволяет располагать устройство перемычковой коммутации 8 как раз над электролизером, который необходимо шунтировать в серии нескольких электролизеров электролизного цеха предприятия электролизного производства.

На фиг. 6 дано наглядное изображение варианта реализации, схематично представленного на фиг. 3 5.

На фиг. 7 дано аналогичное наглядное изображение второго варианта реализации данного изобретения, где устройство перемычковой коммутации 8 расположено под электролизерами и опирается на тележку, передвигающуюся вдоль рельсов, расположенных как раз под каждым рядом электролизеров.

Остальные компоненты оставлены без изменения, также как и соответствующие позиции.

Электрический ток направляется от монополярной ванны 4 непосредственно предшествующего электролизера 1 через контакты 11 и набор отводных соединителей 12 к перемычковому коммутатору 8. Затем электрический ток протекает через резисторное устройство в перемычковом коммутаторе 8 для управления электрическим током к набору отводных соединителей 13 и к контактам 14 монополярных ванн 5 непосредственно следующего электролизера 3. Ток отводится постепенно в равных порциях из монополярных ванн 4 и подается в равных порциях в монополярные ванны 5, таким образом полностью решается проблема, связанная с изменением значения тока, которая обсуждалась ранее.

На фиг. 8 10 показаны три возможных варианта реализации внутренних электрических схем устройства перемычковой коммутации 8 данного изобретения.

Говоря более детально фиг. 8 показывает, что отводные соединители 12 и 13 могут быть соединены с металлическими шинами 15 и 16, площадь поперечного сечения которых значительно превышает площадь поперечного сечения металлических шин, соединяющих электролизеры (позиции 6 и 7 на предыдущих фигурах). Площадь поперечного сечения такой большой величины предотвращает любое, сколь-нибудь значимое, изменение значения тока в смежных индивидуальных ваннах электролизеров, находящихся непосредственно перед и после шунтируемого электролизера. Данное устройство перемычковой коммутации 8, кроме того, снабжено двумя блоками коммутации 17 и 18 и резисторным устройством 19; после того, как отводные соединители 12 и 13 подключены к контактам анода и катода (11 и 14 на фиг. 3 7) блок коммутации 17 закрыт, и часть общего электрического тока отводится через резисторное устройство 19. Оставшаяся меньшая часть электрического тока все еще поступает в шунтируемый электролизер, способствуя тем самым установлению таких рабочих условий в электролизере, которые препятствуют появлению обратного тока в возникающей вслед за этим короткозамкнутой цепи. Через соответствующий промежуток времени после закрытия коммутационного блока 17, коммутационный блок 18 тоже закрывают, обеспечивая полное шунтирование электролизера без сколь-нибудь значимого обратного тока в самом электролизере.

Еще один вариант электрической схемы изображен на фиг. 9; в данном случае металлические шины были разделены на подузлы 20, 21 и 22, 23 соответственно, к которым подключены отводные соединители 12 и 13. Каждый подузел, будучи электрически изолированным от другого, снабжен блоками коммутации 24, 25 и 27, 28 соответственно и резисторными устройствами 26, 29, которые работают так, как было описано выше, в случае устройства перемычковой коммутации на фиг. 8.

Разделение металлических шин на подузлы позволяет исключить изменение значения тока, о чем было упомянуто выше, без возврата к использованию массивных металлических шин, за счет некоторого усложнения электрической схемы.

На фиг. 10 описывается схема фиг. 9 в граничном случае, когда каждая пара анодного и катодного отводных соединителей 12, 13 подключена к своему собственному блоку коммутации (30, 31) и резисторному устройству 32 в модульном исполнении. При использовании параллельного соединения блоков коммутации и резисторных устройств, изображенных на фиг. 9, 10, переключатели необходимо переключать одновременно (для фиг. 9, 24 и 27 и затем фиг. 25 и 28).

Для того, чтобы должным образом понять данное изобретение, необходимо иметь в виду, что удельным сопротивлением является сопротивление постоянному току между противоположными параллельными гранями куска материала, имеющего длину и площадь поперечного сечения. Удельное сопротивление материала определяет сопротивление материала, и сопротивление рассчитывается по формуле R pL/A (1), где R сопротивление, мОм; p удельное сопротивление, мОм/см; L длина, см; A площадь поперечного сечения, см².

Далее приведены удельные сопротивления нескольких металлов: Металл Уд. сопротивление Алюминий 2,655 Медь 1,673 Литое железо 75 98 Свинец 20,65 Магний 4,46 Никель 6,84 Сталь 11 45 Падение напряжения в каждой металлической шине (показано позициями 6 и 7 на фиг. 1, 2) может быть рассчитано для схемы фиг. 1, где обычный коммутатор короткого замыкания используется для шунтирования электролизера 2, определяется как V 0,5 RI (2), где R определяется уравнением (1), указанным выше; I общий ток, проходящий через электролизеры.

Принимая общий ток за 60000 А, длину равной 200 см и площадь поперечного сечения А, равной 100 см², падение напряжения вдоль металлической шины будет равно 0,1 В.

Именно поэтому подключение устройства короткого замыкания известного уровня техники к одному из концов металлической шины 6 и 7 вызовет изменение значения тока в ваннах, расположенных наиболее близко к контактам перемычкового коммутатора, как показано на фиг. 2. В этих случаях, когда известный уровень техники использовал коммутационное устройство, подключая его к металлическим шинам 6 и 7, как в патентах США NN 4 561 949 и 4 589 966, электролизеры были ограничены лишь небольшим количеством монополярных ванн во избежание чрезмерного изменения значения электрического потока.

Как можно увидеть, электрическое сопротивление может быть минимизировано с помощью: (1) уменьшения длины пути прохождения тока или (2) увеличения толщины металлических шин.

В обоих случаях известный уровень техники ограничен практическими соображениями. Таким образом, известный уровень техники в любом случае будет вызывать некоторое изменение значения тока.

С помощью устройства перемычковой коммутации данного изобретения ток может равномерно передаваться от электролизеров, включающих в себя любое количество индивидуальных ванн, не вызывая изменения значения электрического тока.

На самом деле, электрический ток напрямую передается из индивидуальных ванн электролизеров через отводные соединители в устройство перемычковой коммутации данного изобретения без прохождения через металлические шины, которые электрически соединяют электролизеры в процессе их нормального функционирования. Кроме того, внутренняя электрическая схема устройства перемычковой коммутации данного изобретения выполнена таким образом, что позволяет порциям электрического тока, проходящего через отводные соединения, быть равными. Такой результат достигается путем использования вариантов реализации, показанных на фиг. 8 10 с увеличенными внутренними металлическими шинами, размер которых подобран с целью обеспечить падение напряжения на них менее 50 mV, либо внутренние металлические шины, разделенные на подузлы, каждый из которых снабжен коммутационным и резисторным устройствами, индивидуальное коммутационное и резисторное устройство для каждого отводного соединения, это последнее устройство позволяет, как еще одно преимущество, обеспечивать лучший контроль за теплом, выделяемым электрическим током.

В случае с обычным перемычковым коммутатором шунтируемый электролизер должен быть удален путем подъема его над перемычковым коммутатором, вдоль и в сторону, что приводит к небезопасным условиям труда для рабочих. Электролизер тяжел и нахождение его над рабочими создает вероятность того, что электролит, который может быть на 32% каустическим и хлорсодержащим солевым раствором, при хлорно-щелочном электролизе может пролиться вниз на рабочих. Перемычковый коммутатор также блокирует доступ к шунтируемому электролизеру и отход от него. Располагая устройство перемычковой коммутации данного изобретения над или под шунтируемым электролизером, эти проблемы разрешаются и электролизер может быть расположен на уровне земли и удаляться, к примеру, с помощью обычного автопогрузчика. Таким образом, исключается риск того, что электролизер может упасть на рабочих и доступ к электролизеру открыт.

Использование устройства перемычковой коммутации данного изобретения позволяет сэкономить до 40% меди, так как металлические шины, соединенные с электролизерами, могут быть сконструированы с условием того, чтобы просто передавать электрический ток от одного электролизера к другому, а не для минимизации изменения значения электрического тока в индивидуальных ваннах электролизеров, которое происходило при использовании перемычкового коммутатора известного уровня техники. Кроме того, принимая во внимание тот факт, что общий ток разделен на малые порции в каждом отводном соединителе, падение напряжения в этих соединителях пренебрежительно мало, и соединение между каждым отводным соединителем и соответствующим анодным или катодным контактами может быть фрикционного типа (упомянутые выше пружинные зажимы), а не типа болтового соединения, необходимого при использовании перемычкового коммутатора известного уровня техники, где через них протекает общий ток большой величины. На установление соединения болтового типа требуется значительное время и соответственно требуется нахождение рабочих между работающими электролизерами в течение большего времени, что опасно.

Еще одним преимуществом устройства перемычковой коммутации данного изобретения является то, что не накладывается ограничение на количество ванн шунтируемого электролизера.

Возможны различные модификации устройств и метода данного изобретения, не выходящие за пределы существа и объема данного изобретения, и необходимо иметь в виду, что данное изобретение ограничивается лишь тем, что определено формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Устройство для электрического шунтирования по крайней мере одного электролизера в серии монополярных электролизеров, подключенных последовательно к одному источнику питания, размещенное под или над шунтируемым электролизером, включающее устройство перемычковой коммутации с металлическими анодной и катодной шинами и резисторное устройство, отличающееся тем, что анодная шина снабжена набором токопроводящих перемычек, каждая из которых соединена с одним из анодов электролизера, находящегося непосредственно перед шунтируемым электролизером, и катодная шина снабжена набором токопроводящих перемычек, каждая из которых соединена с одним из катодов электролизера, находящегося непосредственно после шунтируемого электролизера.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными резисторным устройством и устройством коммутации, параллельно соединенным с резисторным устройством.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по крайней мере одна из металлических шин выполнена из нескольких частей.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что части металлических шин соединены с дополнительными резисторным устройством и устройством коммутации, параллельно соединенным с резисторным устройством.

5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что каждая пара отводных соединителей снабжена устройством коммутации и резисторным устройством.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что соединение между отводными соединителями и анодами или катодами выполнено фрикционного типа.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отводные соединители выполнены жесткими.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отводные соединители выполнены гибкими.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что поперечное сечение и длина металлических шин определены из условия обеспечения падения напряжения в шине менее 50 мВ.

10. Способ электрического шунтирования по крайней мере одного электролизера в серии монополярных электролизеров, подключенных последовательно к одному источнику питания, включающий подключение устройства для электрического шунтирования, размещенного над или под шунтируемым электролизером, к шунтируемому электролизеру, содержащего устройство перемычковой коммутации с металлическими анодной и катодной шинами и резисторное устройство, отличающийся тем, что анодную шину соединяют через набор токопроводящих перемычек с анодами, причем каждая перемычка соединена с одним из анодов электролизера, находящегося непосредственно перед шунтируемым электролизером, катодную шину соединяют через набор токопроводящих перемычек с катодами, причем каждая перемычка соединена с одним из катодов электролизера, находящегося непосредственно после шунтируемого электролизера.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что устройство для электрического шунтирования включает соединение резисторного устройства и дополнительного коммутационного устройства параллельно друг другу, замыкание коммутационного устройства для обеспечения замыкания дополнительного коммутационного устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10