Патент 2422558

Установка для получения сжатого газа с использованием электролиза воды

Изобретение относится к области получения сжатых газов, а именно к установкам для получения сжатого газа с использованием погруженного в водоем электролизера. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции установки. Согласно изобретению установка для получения сжатого газа включает погруженный в водоем электролизер, трубопровод для отвода образующегося при электролизе газа, связанный с электролизером, камеру для сжатия газа, а также средство, предназначенное для выпуска сжатого газа, расположенное в верхней части указанной камеры. Установка содержит открытый в верхней части резервуар, помещенный в водоеме таким образом, что его верхняя часть расположена выше уровня воды в водоеме, электролизер смонтирован в донной части резервуара и снабжен служащим для подвода воды в электролизер трубопроводом, выведенным через резервуар на глубину водоема, камера для сжатия газа выполнена в виде открытой в нижней части и закрытой в верхней части емкости, помещенной в водоеме таким образом, что ее верхняя часть расположена выше уровня воды в водоеме, трубопровод для отвода образующегося при электролизе газа выведен из резервуара и помещен в емкости таким образом, что его выходной участок расположен в емкости выше уровня воды в водоеме. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области получения сжатых газов, а именно к установкам для получения сжатого газа с использованием погруженного в водоем электролизера.

Известны установки, в которых используются размещенные на глубине водоема электролизеры, вырабатывающие газ, находящийся под воздействием гидростатического давления, величина которого определяется глубиной погружения электролизера [см., например, JP 4156241, JP 57017401, RU 2042050].

В качестве ближайшего аналога автором выбрана установка для получения сжатого газа [RU 2042050], включающая подвешенный на тросах погруженный в водоем электролизер. Образующийся при электролизе газ отводится из электролизера с помощью связанного с ним трубопровода в сборник газа и далее подается в промежуточную емкость, снабженную системой впускных и выпускных клапанов, предварительно заполненную водой. Промежуточная емкость с помощью трубопровода соединена с камерой для сжатия газа, снабженной системой впускных и выпускных клапанов, предварительно заполненной сжимаемым газом, в частности воздухом. При этом за счет того, что образующийся при электролизе и поступающий в промежуточную емкость газ находится под воздействием гидростатического давления, вода перетекает из промежуточной емкости в камеру для сжатия газа и сжимает находящийся в ней воздух. В верхней части камеры для сжатия газа имеется клапан, предназначенный для выпуска сжатого воздуха.

Рассматриваемая установка может быть использована для сжатия различных газов. Однако она является сложной по конструкции за счет наличия тросов подвески электролизера, сборника газа, промежуточной емкости, связывающей указанные конструктивные узлы трубопроводов, наличия систем клапанов. Кроме того, рассматриваемая установка недостаточно удобна в эксплуатации, поскольку для ремонтно-профилактического обслуживания электролизера, находящегося в водной среде, приходится периодически поднимать его на поверхность.

Задачей заявляемого изобретения является упрощение конструкции установки.

Сущность изобретения заключается в том, что установка для получения сжатого газа, включающая погруженный в водоем электролизер, трубопровод для отвода образующегося при электролизе газа, связанный с электролизером, камеру для сжатия газа, а также средство, предназначенное для выпуска сжатого газа, расположенное в верхней части указанной камеры, согласно изобретению содержит открытый в верхней части резервуар, помещенный в водоеме таким образом, что его верхняя часть расположена выше уровня воды в водоеме, электролизер смонтирован в донной части резервуара и снабжен служащим для подвода воды в электролизер трубопроводом, выведенным через резервуар на глубину водоема, камера для сжатия газа выполнена в виде открытой в нижней части и закрытой в верхней части емкости, помещенной в водоеме таким образом, что ее верхняя часть расположена выше уровня воды в водоеме, трубопровод для отвода образующегося при электролизе газа выведен из резервуара и помещен в емкости таким образом, что его выходной участок расположен в емкости выше уровня воды в водоеме.

В частном случае выполнения изобретения емкость содержит средство, предназначенное для впуска газа, расположенное в ее верхней части.

Наличие в заявляемой установке погруженного в водоем электролизера обеспечивает проведение электролиза воды, находящейся в водоеме. Наличие резервуара, помещенного в водоеме указанным выше образом, и размещение электролизера в его донной части, а также наличие служащего для подвода воды в электролизер трубопровода, выведенного через резервуар на глубину водоема, позволяет установить электролизер на глубине, определяющей величину гидростатического давления, под воздействием которого находится образующийся при электролизе газ. При этом размещение электролизера в резервуаре позволяет исключить использование тросов подвески, что упрощает конструкцию установки.

Наличие камеры для сжатия газа, выполненной в виде открытой в нижней части и закрытой в верхней части емкости, помещенной в водоеме указанным выше образом, и наличие трубопровода для отвода образующегося при электролизе газа, выведенного из резервуара и помещенного в емкости таким образом, что его выходной участок расположен в ней выше уровня воды в водоеме, позволяет подавать газ в верхнюю часть емкости под воздействием гидростатического давления, использовать указанную часть емкости в качестве сборника газа, а также осуществлять сжатие газа под воздействием давления столба находящейся в емкости воды. Осуществление сбора газа и его сжатия в объеме одной и той же емкости способствует упрощению конструкции заявляемой установки.

Наличие расположенного в верхней части емкости средства, предназначенного для выпуска сжатого газа, обеспечивает возможность его отбора непосредственно из емкости. В качестве указанного средства может быть использован выпускной клапан.

В случае, если в процессе электролиза образуются два газа (водород и кислород), установка может быть снабжена дополнительным трубопроводом для отвода другого образующегося при электролизе газа и дополнительной выполненной в виде емкости камерой для сжатия указанного газа, при этом дополнительный трубопровод помещен в дополнительной емкости таким образом, что его выходной участок расположен в емкости выше уровня воды в водоеме.

Таким образом, техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является упрощение конструкции установки, что достигается за счет использования в ее составе простых по конструкции узлов, рациональной компоновки узлов и минимизации их количества.

Кроме того, размещение электролизера в резервуаре, изолированном от водной среды, обеспечивает возможность проведения ремонтно-профилактического обслуживания электролизера без его подъема на поверхность, что повышает удобство эксплуатации заявляемой установки.

В случае, когда емкость содержит средство, предназначенное для впуска газа, расположенное в ее верхней части, оказывается возможным получать сжатый газ, представляющий собой смесь газа, образующегося при электролизе воды, и газа, впускаемого в верхнюю часть емкости с помощью вышеуказанного средства. В качестве указанного средства может быть использован впускной клапан.

На чертеже представлен общий вид заявляемой установки.

Установка содержит погруженный в водоем 1 открытый в верхней части резервуар 2, выполненный, в частности, в виде бака, изготовленного из водостойкого материала. В качестве водоема 1 используется, в частности, участок моря. Резервуар 2 установлен на закрепленных на дне водоема 1 опорах 3 таким образом, что верхняя часть резервуара 2 расположена выше уровня 4 воды в водоеме 1. В донной части резервуара 2 помещен электролизер 5, подключенный к источнику постоянного тока или постоянного напряжения (не показан), в частности, электролизер с неразделенными анодным и катодным пространствами, позволяющий осуществлять процесс электролиза морской воды с получением водорода. Электролизер 5 снабжен служащим для подвода в него воды трубопроводом 6, выведенным через резервуар 2 на глубину водоема 1.

Установка также содержит открытую в нижней части и закрытую в верхней части емкость 7, помещенную в водоеме 1 таким образом, что ее верхняя закрытая часть расположена выше уровня 4 воды в водоеме 1. Емкость 7 выполнена, в частности, в виде протяженного стакана, высота которого превышает высоту резервуара 2 и который примыкает частью своей боковой поверхности к части боковой поверхности резервуара 2.

С электролизером 5 связан трубопровод 8 для отвода образующегося при электролизе газа, который выведен из резервуара 2 и помещен в емкости 7 таким образом, что его выходной участок расположен в емкости 7 выше уровня 4 воды в водоеме 1.

В верхней закрытой части емкости 7 установлены выпускные клапаны 9, 10 и впускной клапан 11.

Внутри резервуара 2 имеется расположенная вдоль его боковой поверхности шахта 12 для лифта (не показан), предназначенного для перемещения обслуживающего персонала и оборудования.

Установка работает следующим образом.

Перед началом работы уровень воды в емкости 7 соответствует уровню 4 воды в водоеме 1. Клапаны 9, 10, 11 закрыты.

Для получения сжатого водорода в электролизере 5 осуществляют процесс электролиза морской воды, поступающей в него через трубопровод 6. Образующийся в процессе электролиза водород под воздействием гидростатического давления, величина которого определяется глубиной расположения электролизера 5, поступает по трубопроводу 8 в верхнюю не заполненную водой часть емкости 7. Накапливающийся в верхней части емкости 7 водород вытесняет часть воды из емкости 7 через нижнюю открытую ее часть. При этом уровень воды в емкости 7 понижается до определенного уровня (показан пунктирной линией), при достижении которого величина давления газа в верхней части камеры становится равной величине, при которой срабатывает выпускной клапан 9, служащий для выпуска водорода. После открытия клапана 9 водород из верхней части емкости 7 под давлением столба воды, находящейся в емкости 7, выпускается через клапан 9 в подсоединенный к нему баллон для сжатого водорода ( не показан), при этом вода в емкости 7 поднимается до первоначального уровня, соответствующего уровню 4 воды в водоеме 1. После отбора водорода клапан 9 закрывается и цикл работы установки повторяется.

Для получения смеси газов, например, смеси водорода и кислорода, перед началом работы в верхнюю часть емкости 7 через впускной клапан 11 вводят желаемое количество кислорода.

Далее работа установки осуществляется, как описано выше, при этом сжатый газ в виде смеси полученного в процессе электролиза водорода и предварительно введенного в верхнюю часть емкости 7 кислорода выпускается через выпускной клапан 10 в подсоединенный к нему баллон (не показан).

1. Установка для получения сжатого газа, включающая погруженный в водоем электролизер, трубопровод для отвода образующегося при электролизе газа, связанный с электролизером, камеру для сжатия газа, а также средство, предназначенное для выпуска сжатого газа, расположенное в верхней части указанной камеры, отличающаяся тем, что она содержит открытый в верхней части резервуар, помещенный в водоем таким образом, что его верхняя часть расположена выше уровня воды в водоеме, электролизер смонтирован в донной части резервуара и снабжен служащим для подвода воды в электролизер трубопроводом, выведенным через резервуар на глубину водоема, камера для сжатия газа выполнена в виде открытой в нижней части и закрытой в верхней части емкости, помещенной в водоеме таким образом, что ее верхняя часть расположена выше уровня воды в водоеме, трубопровод для отвода образующегося при электролизе газа выведен из резервуара и помещен в емкости таким образом, что его выходной участок расположен в емкости выше уровня воды в водоеме.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что емкость содержит средство, предназначенное для впуска газа, расположенное в ее верхней части.