Биполярный электролизер для получения смеси водорода и кислорода

Биполярный электролизер для получения смеси водорода и кислорода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к газопламенной обработке материалов водородно-кислородным пламенем с получением водородно-кислородной смеси электролизом воды непосредственно на месте сварки.

Известные биполярные электролизеры имеют фильтр-прессную или ящичную конструкцию (Корж В.Н., Дыхно С.Л. Обработка металлов водород-кислородным пламенем. Киев: Техника, 1985 - 64 с.; Якименко Л.М., Модылевская И.А., Ткачек З.А. Электролиз воды - М.: Химия, 1970-263 с.). Прокладки в фильтр-прессных и корпуса ящичных электролизеров делают из диэлектрических (как правило, полимерных) материалов. Все такие материалы имеют низкую теплопроводность. Поэтому обеспечить достаточно эффективное охлаждение электролита непосредственно в электролизере сложно. Этот недостаток всех известных фильтр-прессных и ящичных электролизеров приводит к тому, что электролизно-водные генераторы (термин «электролизно-водный генератор» - по ГОСТ 2601-84, термин №160) получаются или чрезмерно громоздкими и тяжелыми, или не могут долго работать без перерывов - перегреваются.

Попытка устранить эту проблему сделана в изобретении по патенту РФ №2065803 кл. В23К 5/00, принятом за прототип. В нем предложен, в сущности, ящичный электролизер, в котором корпусом является металлическая труба, покрытая изнутри слоем диэлектрика, а круглые плоские электроды отделены друг от друга кольцевыми изолирующими прокладками. При такой конструкции толщина диэлектрического покрытия трубы в несколько раз меньше толщины стенки обычного ящичного электролизера, так как покрытие обеспечивает только изоляцию электродов от металлической трубы, теплопроводность материала которой на порядок больше, чем у любого диэлектрика. Роль пазов ящичного биполярного электролизера в этой конструкции играют расстояния между кольцевыми прокладками. Но если в электролизере традиционной ящичной конструкции обязательно есть зазоры между электродами и стенками пазов, то электроды с кольцевьми прокладками можно собрать без зазоров. За счет этого радиальный размер прокладок можно значительно уменьшить по сравнению с глубиной пазов, тем самым улучшив отвод тепла от электролита. Однако интенсивность отвода тепла от электролита все равно остается недостаточной из-за низкой теплопроводности материала кольцевых прокладок.

Предлагается биполярный электролизер, в котором блок дистанцированных друг от друга электродов помещен в стакан из диэлектрического материала и погружен в электролит, находящийся в корпусе электролизера. Диэлектрический стакан на блоке охватывает без зазоров электроды по периметру. Стакан можно изготовить из фторопластовой пленки или другого химически стойкого диэлектрика. В стенке корпуса электролизера предусмотрены отверстия для токоподводов к блоку электродов, выхода водородно-кислородной смеси и пополнения корпуса электролитом. Дистанцирование электродов обеспечивают три локальные диэлектрические вставки (например, полимерные заклепки на электроде), удаленные от его периметра.

Такая конструкция позволяет сделать диэлектрический стакан тонким, т.к. давление внутри и снаружи блока практически одинаково. Вследствие этого тепловое сопротивление оболочки столь мало, что разность температур на ее поверхностях не превышает 10°С.

Для пояснения описываемого изобретения на фиг.1 изображена схема электролизера, на фиг.2 - схема электролизера с металлическим корпусом, на фиг.3 - схема электролизера с двумя соединенными последовательно блоками электродов в диэлектрических стаканах.

Как видно из фиг.1, электролизер состоит из блока дистанцированных друг от друга электродов 2 и охватывающего блок диэлектрического стакана 3, погруженных в электролит 4 в корпусе 5. Ток к концевым электродам блока 2 подведен изолированными снаружи проводниками 6, пропущенными в электролит 4 через гермовводы 7. Через патрубок 8 из корпуса 5 выходит водородно-кислородная смесь, а через патрубок 1 корпус пополняют электролитом.

Если корпус 5 металлический, то, как показано на фиг.2, к блоку 2 можно подвести только плюсовой провод 6 от источника питания, подключив его к концевому электроду, закрытому стаканом. При этом минусовой провод от источника питания присоединяют к корпусу 5 (если поменять полярность подключения, то есть риск анодного коррозионного повреждения корпуса электролизера).

В корпус 5 с электролитом можно поместить две или несколько оболочек с блоками электродов одновременно, соединив их электрически последовательно или параллельно. На фиг.3 показана схема электролизера с двумя соединенными последовательно блоками электродов 2 в диэлектрических стаканах 3.

В соответствии с предложенным были изготовлены несколько моделей электролизно-водных генераторов мощностью от 5 до 15 кВ·А, которые могли непрерывно работать по несколько часов с максимальной для каждого генератора производительностью по газу (до дозаправки).

1. Биполярный электролизер для получения смеси водорода и кислорода электролизом воды при газопламенной обработке материалов, содержащий корпус с электролитом, блок дистанцированных друг от друга электродов с отверстиями для прохода водородно-кислородной смеси и электролита и проводники для подвода тока к электродам, отличающийся тем, что упомянутый блок электродов, погруженный в электролит, помещен в стакан из диэлектрического материала, охватывающий электроды без зазоров и который погружен в корпус с электролитом, а проводники для подвода тока подключены к концевым электродам блока.

2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что в корпус с электролитом погружен дополнительно, по меньшей мере, один диэлектрический стакан с блоком электродов, при этом блоки электродов соединены параллельно или последовательно.